Космический крейсер проекта 021Б «Победа»

Содержание:

И ко Дню Победы выкладываю вот этот материал. На этот раз я решил попробовать себя в hard sci-fi и спроектировать военный космический корабль.

Крейсера проекта 021Б “Победа” (классификация USSF – “Dumbbell”, англ. “гантель”, классификация PLASF – “Dou Dai”, кит. “погремушка” ) были спроектированы в начале 2060-ых как промежуточное решение между чрезмерно дорогими линейными кораблями проекта 018В и обладающими недостаточной автономностью эскортными кораблями типа 004 “Летчик-Космонавт Леонов”. Согласно конструкторскому заданию, крейсера должны были обладать достаточным запасом характеристической скорости и резервом систем жизнеобеспечения для осуществления перелетов Земля-Марс-Земля, без необходимости пополнения запасов.

Основная ставка при этом делалась именно на высокую автономность, позволяющую использовать новые крейсера без дорогой и комплексной системы постоянных станций. Изначально, проект виделся как легкий крейсер на основе эскортного корабля типа 004, со значительно увеличенным запасом хода. Однако, по мере проектирования, стало ясно, что проект 020 «Москва» не удовлетворяет требованиям ввиду ограниченных возможностей “шасси” эскортного корабля. Попытки решить проблему, привели к «разрастанию» проекта в размерах и стоимости, при этом боевые возможности нового крейсера не превышали возможностей исходного эскортного корабля. В итоге, в 2062 году было решено отказаться от легкого крейсера типа «Москва» как не удовлетворящего запросам ВКС, и начать проектирование принципиально нового типа тяжелого крейсера «с нуля».

Проект 021, разработанный фирмой «Syberia Aerospace» в сотрудничестве с КБ «Салют» предлагал значительно более крупный корабль — уменьшенную версию проектируемого линкора проекта 018B. После некоторой адаптации проекта к дополнительным требованиям, программа была запущена под индексом 021Б. Разработка проекта 021Б, получившего название “Победа” затянулась ввиду значительной сложности, и была полностью завершена лишь к 2065 году.

КОНСТРУКЦИЯ

Сборка крейсера ведется на орбите, из отдельных модулей, доставляемых с Земли многоразовыми и частично-многоразовыми ракетами-носителями. Основная конструкция собирается на орбитальной станции путем автоматической стыковки модулей друг к другу. Однако, дальнейшие процедуры строительства – такие, как установка баков, монтаж радиаторов и наружной обшивки – требуют манипуляторной сборки (с использованием телеуправляемых роботов-манипуляторов) и, в отдельных случаях, ручной сборки космонавтами. Общая трудоемкость процесса весьма высока, ввиду сложной формы конструкционных элементов. Завершающей частью сборки крейсера типа “Победа” является установка реакторного модуля. Ввиду радиационной опасности, она проводится уже после расстыковки крейсера со сборочной станцией, на безопасном удалении.

Крейсера типа “Победа” выполнены по “оболочечной” схеме: они имеют наружную обшивку, однако не имеют внешнего несущего каркаса. Основу конструкции крейсера типа “Победа” составляет квадратная в сечении продольная ферменная балка, воспринимающая нагрузку от двигателей и передающая ее модулям крейсера. Эта конструкция является “хребтом” корабля, на которой закрепляются все остальные его элементы.

КОМАНДНО-БОЕВАЯ СЕКЦИЯ

Передняя часть корабля заключена в геодезическую сферу диаметром около 30 метров. Эта наружная оболочка изготовлена из чрезвычайно легких композитных материалов, и состоит из двух слоев с полиэтиленовой прослойкой между ними. Основная задача сферической оболочки – защитная: во-первых, противник не видит точного расположения отдельных модулей крейсера, и не может сконцентрировать на них лучевой обстрел. Во-вторых, полиэтиленовая прослойка ослабляет нейтронное излучение от ядерных взрывов. В-третьих, наружная обшивка играет роль щита Уиппля; легкие скоростные снаряды, пробивающие оболочку, испаряются, и значительное пространство между ней и модулями позволяет плазме остыть и рассеяться.

Внутри сферической оболочки, располагаются основные модули крейсера, состыкованные посредством стандартного 6-узлового причального модуля “Пирс-ТМ”. Расположение основных модулей не стандартизировано, что дополнительно затрудняет противнику прицельный обстрел. Штатно, в состав крейсера типа “Победа” входят командный модуль, бытовой модуль и четыре боевых модуля.

Командный модуль является ключевым элементом крейсера. Именно отсюда экипаж (штатно шесть человек) осуществляет командование кораблем в боевой обстановке. Стены модуля дополнительно армированы щитами Уиппля от попадания высокоскоростных осколков, а внутренний объем представляет собой радиационное убежище, способное надежно защитить экипаж, как от солнечных вспышек, так и от близких ядерных взрывов. Здесь располагаются все основные командные посты корабля, автоматика управления и связи.

Сенсорное оснащение крейсера управляется из командного модуля и включает набор инфракрасных телескопов и фазированных антенных решеток, расположенных на внешней обшивке сферы.

В передней части командного модуля располагается шлюз с выходом ко внешнему стыковочному узлу корабля. Внешний стыковочный узел является доработанной версией модуля “Пирс-ТМ”. Ввиду постоянной радиационной опасности от атомной двигательной установки в кормовой части, крейсер типа “Победа” стыкуется носом, тем самым располагая объект стыковки в пределах теневого щита.

Штатный экипаж корабля состоит из шести человек, совмещающих следующие функции:

* командир корабля
* пилот/астрогатор/программист
* Старший бортинженер/специалист систем связи
* 1-ый оператор вооружения/младший бортинженер
* 2-ой оператор вооружения/младший бортинженер
* врач/экотехнолог (специалист по системам жизнеобеспечения)

В роли флагмана, крейсер может дополнительно принять на борт до 2-х человек – командира соединения и адъютанта-связиста, на срок до 350 дней. Крейсера данного типа не приспособлены для перевозки пассажиров или десанта и не имеют соответствующего оснащения.

Бытовой модуль предназначен для обеспечения комфорта и нормальной жизнедеятельности экипажа во время межпланетных перелетов (продолжительность перелета Земля-Марс, например, может составлять до 250 дней). Хотя теоретически экипаж может провести все это время в командном модуле – имеющем необходимое базовое жизнеобеспечение – на практике, такие перелеты крайне не рекомендованы по психологическим причинам. Бытовой модуль представляет собой вращающуюся центрифугу из центральной секции (соединенной с причальным модулем “Пирс-ТМ”) и двух гравитационных секций. Гравитационные секции центрифуги включают спортзал, кают-компанию (также служащую столовой и – при необходимости – медицинской операционной), санитарно-гигиенический узел с душевой и мини-сауной и медицинский центр.

Основное вооружение крейсера состоит из трех типов боевых модулей:

* Артиллерийский – включает 20-миллиметровую легкогазовую безоткатную пушку с запасом боеприпасов и метательной смеси. Орудие стреляет 10-граммовыми пластиковыми снарядами с дульной скоростью около 10 км/с. Энергетический эквивалент попадания такого снаряда по условно-неподвижной цели равен приблизительно 120 граммам тротила. При более высоких встречных скоростях, энергетический эквивалент попадания может повышаться до 1,2 кг тротила.

Подрыв в каморе заряда жидкого метательного вещества используется для разгона массивного деформируемого поршня. Двигаясь по широкой (компрессионной) секции ствола, поршень сжимает перед собой водород, далее подаваемый через коническое сопло в узкую (разгонную) секцию. Отдача компенсируется отводом отработанных газов из каморы в сопло на задней части орудия. При перезарядке, поршень возвращается в прежнее положение и восстанавливается за счет “эффекта памяти материала”.

В походном режиме орудие расстыковывается – компрессионная секция отделяется от разгонной – и складывается на центральном шарнире, после чего помещается внутрь боевого модуля. При переходе в боевой режим, орудие раскладывается. Конструкция модуля включает отдельные прицельные телескопы и лазерные дальномеры на стволе.

* Ракетный – включает боезапас из шестнадцати тактических ракет “Космос-Космос”, оснащенных кинетическими, шрапнельными, либо субкилотонными ядерными боевыми частями. Обычно используются стандартные ракеты типа РКК-04 на долгохранящемся жидком топливе, имеющие запас дельта-V порядка 8 км/с. Ракеты хранятся в отдельных транспортных контейнерах: перед пуском, ракета выводится из контейнера и выбрасывается за пределы модуля.

Ракетный модуль наиболее прост по конструкции, так как представляет собой просто кассетную пусковую для ракет с минимальным оснащением для их проверки и обслуживания. Собственных систем наведения модуль не имеет; выдача целеуказания для ракет, а также коррекция их траектории в полете выполняется при помощи сенсоров и систем связи крейсера.

* Лазерный – включает 10-мегаваттный химический лазер на флюориде дейтерия. Запаса химических компонентов хватает на 300 секунд непрерывного лазирования. Охлаждение осуществляется сбросом отработанных компонентов через противонаправленные сопла на наружной обшивке.
Поскольку модуль расположен внутри сферы, вывод лазерного излучения наружу осуществляется через расположенные на внешней оболочке лазерные турели (обычно от 4 до 8 штук), принимающие луч лазера и перенаправляющие его на фокусирующее зеркало. Каждая турель включает 2-метрового диаметра охлаждаемое зеркало, способное фокусировать лазерное излучение на дистанции до 5.000 километров. При необходимости, может быть использовано раскладное 10-метровое зеркало, не входящее в обычный комплект оснащения корабля.

Стандартное вооружение крейсеров типа “Победа” включает два артиллерийских, один лазерный и один ракетный модули. Однако, при необходимости, конфигурация вооружения может быть изменена. Взаимное расположение модулей не стандартизировано и различается для отдельных кораблей (тем самым затрудняя для неприятеля ведение прицельного огня). Также на внешней подвеске крейсера могут устанавливаться дополнительные системы вооружения – например, бомбардировочные ракеты “Космос-Поверхность”.

СЕКЦИЯ БАКОВ РАБОЧЕГО ТЕЛА

Позади основной сферы, располагается цилиндрическая секция баков рабочего тела – жидкого водорода. Всего, на центральной несущей балке размещается двадцать отдельных баков, пятью блоками по четыре. Цилиндрическая оболочка секции является как наружным слоем защиты, так и радиатором, отводящим тепло от баков и поддерживающим водород в жидком состоянии. Система рефрижераторов и насосов, расположенных внутри оболочки, поддерживает постоянную рециркуляцию испаряющегося водорода в баках.

Сами баки представляют собой предельно легкие “надувные” конструкции из композитных материалов. Выводятся на орбиту они в сложенном виде, и раскладываются при заполнении. Баки секционированы внутренними переборками, таким образом, что никакое единичное пробитие не приводит к полной утечке рабочего тела. Дополнительно, система сервисных роботов-манипуляторов обеспечивает герметизацию пробоин диаметром до 10 сантиметров в пределах 10-15 секунд с момента обнаружения.

“Сухая” масса корабля с пустыми баками – до 500 тонн, полностью заправленного – 2000 тонн, из которых около 1500 приходится на жидкий водород. Суммарная дельта-V крейсера – т.е. максимальное изменение скорости, которое он может достичь, полностью выработав баки – составляет 21,5 км/с, чего достаточно для выполнения перелетов Земля-Марс-Земля без необходимости дозаправки. При необходимости, запас хода крейсера может быть удвоен при помощи наружных подвесных баков, сбрасываемых по мере расходования реактивной массы в них.

ДВИГАТЕЛЬНАЯ СЕКЦИЯ

Завершает конструкцию корабля кормовая сфера, диаметром в 77 метров. В отличие от носовой сферы и цилиндрической оболочки баков, кормовая сфера не имеет армирования и выполнена из тонкой пленки, закрепленной на геодезической паутине ребер жесткости.

Маршевой двигательной установкой крейсера является двухфазный тепловой ядерный ракетный двигатель. Он размещается за дисковидным радиационным экраном в корме корабля, таким образом, что весь остальной корабль находится в “тени” экрана. Поскольку массогабаритные соображения не позволяют эффективно продублировать реакторную установку, двигательный модуль является самой защищенной частью корабля.

* В “крейсерском” режиме, радиоактивное топливо в двигателе остается в твердом состоянии. Поток рабочего тела (жидкого водорода) обтекает активные топливные стержни, обеспечивая охлаждение и разогреваясь при этом. Разогретое рабочее тело далее подается в сопло. Удельный импульс двигателя при этом не превышает 850 секунд.

* В “форсажном” режиме, радиоактивное топливо в реакторе доводится до состояния расплава, что значительно повышает скорость истечения. Поток рабочего тела в данном случае прогоняется непосредственно сквозь кипящую массу расплава. Удельный импульс при этом достигает значений порядка 2100 секунд.

Однако, поскольку расплавленное топливо не может быть затем нормально сформировано обратно, единственным способом остановить двигатель в форсажном режиме является сброс содержимого реакторной камеры вместе с потоком рабочего тела. Затем, в охлажденную камеру реактора вдвигаются следующие топливные стержни из хранилища в передней части модуля. Штатно, реактор крейсера типа “Победа” рассчитан на четыре “форсажных” ускорения без перезарядки реакторной установки.

Струя разогретого водорода подается в армированное концентрическое сопло с подвижным центральным телом. При необходимости, тяга двигателя может быть многократно увеличена (ценой соответствующего снижения удельного импульса) путем впрыскивания в струю холодного рабочего тела из баков. Максимальное достижимое ускорение составляет от 0,25 до 1 “g”, в зависимости от наполненности баков.

В качестве маневровых систем, крейсер использует две пары электро-термальных (т.е. нагревающих рабочее тело за счет электричества) двигателей, установленных на поворотных штангах, по обе стороны от топливной секции. Обе штанги могут свободно вращаться вокруг продольной оси крейсера. Сами двигатели, закрепленные на подвижных каретках, способны как поворачиваться вокруг штанги, так и смещаться вперед-назад по длине штанги, тем самым позволяя выполнять чрезвычайно точную регулировку направления импульса. При работе маршевого двигателя, маневрирование также осуществляется смещением центрального тела в сопле, что позволяет отклонять реактивную струю.

Охлаждение реакторной установки в штатном режиме осуществляется за счет окружающего ее мембранно-капельного радиатора. Это огромная сфера из тонкой пленки, 77 метров в диаметре, эффективной площадью излучения порядка 17000 квадратных метров, в состоянии отводить до 350 мегаватт тепла.

Размещенный в центре сферы распылитель равномерным слоем разбрызгивает нагретый хладагент из реактора по поверхности мембраны. Растекаясь, хладагент образует тонкую пленку, эффективно излучающую тепло в вакуум. Сбор остывшего хладагента осуществляется за счет приемных желобов на экваторе и вокруг полюсов сферы, куда жидкость сползается под действием центробежной силы вращения оболочки (при крейсировании) либо под действием ускорения (при работе двигателя). Собранный хладагент подается центробежными насосами обратно в реактор.

ОЦЕНКА ПРОЕКТА

Крейсера типа «Победа» стали значительным шагом вперед для ВКС России, впервые обеспечив возможность устойчиво оперировать за пределами системы Земля-Луна. До развертывания кораблей проекта 021Б, единственным военным присутствием ВКС России вне орбиты Луны было небольшое соединение эскортных кораблей типа «Летчик-Космонавт», на постоянной основе базируемое в системе Марса. Ввиду неспособности эскортных кораблей проекта 004 к длительным автономным перелетам, любое пополнение этой группировки было чрезвычайно затруднительно, а в случае военного конфликта — практически невозможно.

Иностранные военные специалисты оценивают крейсера типа «Победа» достаточно высоко, отмечая их мощное артиллерийское вооружение. Критике подвергается использование химического лазера с ограниченным боезапасом — что вызывано, в первую очередь, низкими возможностями генерации электроэнергии. В целом, крейсер проекта 021Б считается превосходящим эсминец типа «Eagle» за счет большей автономности и более мощного артиллерийского вооружения.

Первый крейсер типа “Победа” – “125 лет Победы” — был введен в строй в 2070 году. Официально, корабль передали ВКС девятого мая 2070 года, однако из-за значительной новизны проекта, первый пуск реактора в рабочем режиме состоялся только в августе, а окончательно сборочно-монтажные работы были завершены только в октябре 2071 года. По завершении годичного цикла маневров и учений в пределах системы Земля-Луна, крейсер “125 лет Победы” в марте 2073 года был направлен в трехлетний “большой пробег” по маршруту Земля-Марс-Земля, для демонстрации новых возможностей ВКС России.