W połowie ubiegłego wieku załogowe samoloty odrzutowe, stopniowo opanowując nowe prędkości i wysokości, były w stanie zbliżyć się do progu kosmosu.
Amerykańskie wyzwanie
Pierwsze sukcesy odnieśli Amerykanie: 14 października 1947 r. pilot doświadczalny Chuck Yeager na eksperymentalnym samolocie rakietowym X-1 zrzucił z „latającej fortecy” B-29 już 12 grudnia 1953 r. na ulepszonym X-1A samolot rakietowy osiągnął prędkość maksymalną 2655 km/h (M=2,5) na wysokości ponad 21 km. W 1953 r. rozpoczęły się testy samolotu rakietowego X-2, na którym 25 lipca 1956 r. osiągnięto rekordową prędkość w locie poziomym 3360 km/h, a na początku września 1956 r. wysokość 38 430 m.
W czerwcu 1954 r. Stany Zjednoczone rozpoczęły program testowy naddźwiękowego samolotu rakietowego Ch-15, który, wychodząc spod skrzydła przebudowanego bombowca strategicznego B-52, musiał rozwinąć prędkość sześciokrotnie większą od prędkości dźwięku w kilka minut i osiągnąć wysokość 76 km! Lot pierwszej próbki pod skrzydłem samolotu zakończył się 10 maja 1959 roku, a 8 czerwca X-15 po raz pierwszy oddzielił się od B-52 i wykonał samodzielny lot szybowcowy. Pierwsze uruchomienie silnika rakietowego nastąpiło 17 września, a w kolejnych lotach próbnych zapisy „spływały” jedna po drugiej – 4 sierpnia 1960 r. osiągnięto prędkość 3514 km/h, a 12 sierpnia – wysokość 41 605 m; 7 marca 1961 r. Kh-15 osiągnął prędkość 4264 km / h, w locie 31 marca osiągnięto wysokość 50 300 metrów; 21 kwietnia osiągnięto prędkość 5033 km/h, 12 września – już 5832 km/h. Kilometrową linię, uważaną za „oficjalną” granicę kosmosu, przekroczono 22 sierpnia 1963 r. – maksymalna wysokość lotu wynosiła 107 906 m!
Narciarz kosmiczny
Zainspirowane sukcesem X-15, Siły Powietrzne USA rozpoczęły prace nad wojskowym samolotem rakietowym w ramach projektu Dyna Soar (od Dynamic Soaring). Samolot rakietowy, nazwany X-20, miał lecieć z prędkością 24 000 km/h i był de facto rozwinięciem idei niemieckiego bombowca kosmicznego Zenger (patrz „PM” # 8’2004). Nie jest to zaskakujące, biorąc pod uwagę, że kluczowe stanowiska inżynierskie w amerykańskim programie kosmicznym zajmowali niemieccy specjaliści. Nowy samolot rakietowy miał być uzbrojony w pociski kosmos-kosmos, kosmos-powietrze i kosmos-ziemia oraz bomby konwencjonalne. Dolną powierzchnię X-20 pokryto metalową osłoną termiczną wykonaną z molibdenu, która wytrzymuje temperatury do 1480 ° C, krawędzie natarcia skrzydła wykonano ze stopu molibdenu, który wytrzymuje temperatury do 1650 ° C. Poszczególne części pojazdu, które po wejściu do atmosfery rozgrzały się do 2371°C, chroniono wzmocnionym grafitem i cyrkonową półkulistą osłoną w nosie kadłuba lub wyłożono ceramiczną powłoką izolacyjną z niobu. Pilot znajdował się w fotelu katapultowanym, zapewniając ratunek tylko przy prędkościach poddźwiękowych. Kokpit został wyposażony w boczne szyby i przednią szybę, chronioną osłonami termicznymi, które zrzucano tuż przed lądowaniem. Ładunek o wadze do 454 kg został umieszczony w przedziale za kurkiem. Podwozie składało się z trzech chowanych rozpórek wyposażonych w narty.
Ale w przeciwieństwie do swojego niemieckiego poprzednika, X-20 nie był samolotem kosmicznym w dosłownym tego słowa znaczeniu. Miał on wystartować z przylądka Canaveral w tradycyjny sposób na szczycie rakiety Titan-IIIC, która wystrzeliła samolot rakietowy na orbitę o wysokości 97,6 km. Co więcej, X-20 musiał albo przyspieszyć, używając własnych silników rakietowych, albo, po ukończeniu niepełnej orbity, skierować się do Edwards AFB. Planowano, że pierwszy zrzut z samolotu B-52 nastąpi już w 1963 roku, pierwszy lot bezzałogowy odbędzie się w listopadzie 1964, a pierwszy lot załogowy w maju 1965. Jednak ten program wojskowy po cichu umarł wcześniej, nie mogąc konkurować z prostym i tanim rozwiązaniem – wysłaniem astronautów w kosmos na rakiecie balistycznej w kapsule ciśnieniowej, realizowanym przez cywilną organizację NASA.
Spóźniona odpowiedź
Jak na ironię, właśnie w momencie, gdy Amerykanie kończyli program załogowych szybowców rakietowych, ZSRR pod wrażeniem rekordów X-15 postanowił „dogonić i wyprzedzić” Amerykę. W 1965 r. OKB-155 Artem Mikojan otrzymał polecenie prowadzenia prac nad samolotami orbitalnymi i naddźwiękowymi, a dokładniej nad stworzeniem dwustopniowego systemu lotniczego „Spirala”. Temat nadzorował Gleb Lozino-Lozinsky.
115-tonowa „Spirala” składała się z 52-tonowego akceleratora naddźwiękowego o indeksie „50-50” i 8,8-tonowego załogowego samolotu orbitalnego (indeks „50”) umieszczonego na nim z 54-tonowym dwu- wzmacniacz rakiety scenicznej. Booster osiągnął prędkość hipersoniczną 1800 m/s (M=6), a następnie po rozłączeniu stopni na wysokości 28-30 km wrócił na lotnisko. Na orbitę roboczą wszedł samolot orbitalny, korzystając z rakietowego wzmacniacza działającego na paliwie fluorowodorowym (F2 + H2).
Samolot wspomagający
Załoga dopalacza mieściła się w dwumiejscowym kokpicie ciśnieniowym z fotelami wyrzucanymi. Żywy samolot wraz z rakietowym boosterem został przymocowany od góry w specjalnym pudle, z częścią przednią i ogonową zamkniętymi owiewkami.
Akcelerator wykorzystywał jako paliwo skroplony wodór, który był podawany do bloku czterech silników turboodrzutowych AL-51 opracowanych przez Arkhipa Lyulkę, które miały wspólny wlot powietrza i działał na pojedynczej naddźwiękowej zewnętrznej dyszy rozprężnej. Cechą silników było wykorzystanie oparów wodoru do napędzania turbiny. Drugą fundamentalną innowacją jest zintegrowany, regulowany naddźwiękowy wlot powietrza, który wykorzystuje prawie całą przednią część dolnej powierzchni skrzydła do sprężania powietrza wchodzącego do turbin. Szacowany zasięg lotu akceleratora z ładunkiem wynosił 750 km, a podczas lotu jako samolot rozpoznawczy - ponad 7000 km.
Samolot orbitalny
Bojowy załogowy jednomiejscowy samolot orbitalny wielokrotnego użytku o długości 8 m i rozpiętości skrzydeł 7, 4 m został wykonany zgodnie ze schematem „korpusu”. Ze względu na wybrany układ aerodynamiczny, z całkowitej rozpiętości konsole skośnych skrzydeł miały tylko 3,4 m, a pozostała powierzchnia nośna była związana z szerokością kadłuba. Konsole skrzydłowe podczas przejścia sekcji formowania plazmy (wystrzelenia na orbitę i początkowej fazy opadania) były odchylane w górę, aby wykluczyć bezpośredni przepływ ciepła wokół nich. W atmosferycznej części opadania samolot orbitalny rozłożył skrzydła i przełączył się na lot poziomy.
Silniki manewrowania orbitalnego i dwa awaryjne silniki rakietowe na paliwo ciekłe pracowały na wysokowrzącym paliwie AT-NDMG (czterotlenek azotu i asymetryczna dimetylohydrazyna), podobnym do używanego w bojowych rakietach balistycznych, które później planowano zastąpić bardziej przyjaznym dla środowiska fluorem. paliwo na bazie. Zapasy paliwa wystarczyły na lot trwający do dwóch dni, ale główne zadanie samolotu orbitalnego musiało być wykonane podczas pierwszych 2-3 orbit. Ładunek bojowy wynosił 500 kg dla wariantu rozpoznawczego i przechwytującego oraz 2 tony dla bombowca kosmicznego. Sprzęt fotograficzny lub pociski znajdowały się w przedziale za zdejmowaną kapsułą kokpitu pilota, która zapewniała pilotowi ratunek na każdym etapie lotu. Lądowanie wykonano za pomocą silnika turboodrzutowego na lotnisku gruntowym z prędkością 250 km/h na czterosłupkowym podwoziu narciarskim.
Aby zabezpieczyć pojazd przed nagrzewaniem się podczas hamowania w atmosferze, wykonano ekran metalowy termoizolacyjny z blach ze stali żaroodpornej VNS i stopów niobu ułożonych na zasadzie „rybiej łuski”. Ekran zawieszony był na ceramicznych łożyskach pełniących rolę przegrody termicznej, a przy wahaniach temperatury nagrzewania automatycznie zmieniał swój kształt, utrzymując stabilną pozycję względem ciała. Dlatego we wszystkich trybach projektanci mieli nadzieję na zapewnienie niezmienności konfiguracji aerodynamicznej.
Do samolotu orbitalnego zadokowano jednorazową dwustopniową jednostkę startową, na której pierwszym stopniu znajdowały się cztery silniki rakietowe na paliwo ciekłe o ciągu 25 tf, a na drugim - jeden. Po raz pierwszy planowano użyć ciekłego tlenu i wodoru jako paliwa, a później przejść na fluor i wodór. Stopnie akceleratora, gdy samolot znalazł się na orbicie, były kolejno rozdzielane i spadały do oceanu.
Mityczne plany
Plan prac nad projektem przewidywał stworzenie do 1968 r. analogu samolotu orbitalnego o wysokości lotu 120 km i prędkości M = 6-8, zrzuconego z bombowca strategicznego Tu-95, rodzaj odpowiedzi do amerykańskiego systemu rekordów - B-52 i X-15.
Do 1969 roku planowano stworzyć eksperymentalny załogowy samolot orbitalny EPOS, który w pełni przypomina bojowy samolot orbitalny, który miałby zostać wystrzelony na orbitę przez rakietę nośną Sojuz. W 1970 roku miał też zacząć latać akcelerator – najpierw na nafcie, a dwa lata później na wodorze. Cały system miał zostać wystrzelony w kosmos w 1973 roku. Z całego tego wspaniałego programu na początku lat 70. zbudowano tylko trzy EPOS - jeden do badania lotu z prędkością poddźwiękową, jeden do badań naddźwiękowych i jeden do osiągania hipersonicznego. Ale tylko pierwszy model miał wznieść się w powietrze w maju 1976 roku, kiedy wszystkie podobne programy w Stanach Zjednoczonych zostały już wycofane. Wykonawszy nieco ponad tuzin lotów bojowych, we wrześniu 1978 r., po nieudanym lądowaniu, EPOS otrzymał niewielkie uszkodzenia i nie wzbił się ponownie w powietrze. Po tym ograniczono i tak już skąpe środki na program - Ministerstwo Obrony zajęło się już opracowywaniem kolejnej odpowiedzi na Amerykanów - systemu Energia - Buran.
Temat zablokowany
Pomimo oficjalnego zamknięcia programu Spiral, włożona praca nie poszła na marne. Stworzone fundamenty i doświadczenie zdobyte przy pracy nad „Spiralą” znacznie ułatwiły i przyspieszyły budowę statku kosmicznego wielokrotnego użytku „Buran”. Wykorzystując zdobyte doświadczenie, Gleb Lozino-Lozinsky kierował stworzeniem szybowca Buran. Przyszły kosmonauta Igor Volk, który wykonywał loty na poddźwiękowym analogu EPOS, był następnie pierwszym, który latał atmosferycznym analogiem Buran BTS-002 i został dowódcą oddziału pilotów testowych w ramach programu Buran.
