М-19 воздушно-космический самолет. СССР

В рамках многоплановой темы «Холод-2» в 1974 г. на ЭМЗ была разработана комплексная программа, которая предусматривала выполнение работ сразу по нескольким направлениям одновременно. Выполнение работ проводилось под шифром тема «19» и предусматривало следующее:

• Тема 19-1. Создание летающей лаборатории с силовой установкой на жидком водородном топливе, отработка технологии работ с криогенным топливом;
• Тема 19-2. Проектно-конструкторские работы по определению облика гиперзвукового самолета;
• Тема 19-3. Проектно-конструкторские работы по определению облика перспективного ВКС;
• Тема 19-4; 9-5. Проектно-конструкторские работы по определению облика альтернативных вариантов ВКС с ядерной двигательной установкой.

В программе явно просматривался поэтапный подход и систематизация в разработке будущего ВКС. Работы по перспективному ВКС проводились на предприятии под индексом М-19.

При непосредственном руководстве Генерального конструктора В.М.Мясищева, работы по теме «19» воглавил заместитель Генерального конструктора, начальник проектного комплекса, ближайший соратник Мясищева — А.Д.Тохунц.

Ведущим конструктором по теме был назначен И.3.Плюснин. У истоков идеи перспективного ВКС М-19 с комбинированной силовой установкой стояли ближайшие подвижники В.М.Мясищева — сотрудники проектного комплекса: начальник отдела аэродинамики А.А.Брук и начальник отдела силовых установок Н.Д.Барышов.

Проектно-конструкторские проработки проводились в отделе проектов под руководством начальника отдела проектов И.С.Говора ведущими специалистами А.Н.Уразовым, В.А.Петровым и многими другими. Комбинированную силовую установку с ядерным реактором разрабатывал Генеральный конструктор Куйбышевского моторостроительного завода Н.Д.Кузнецов.

О работах того периода вспоминает А.Д.Тохунц:

    «Когда в начале 70-х годов всем стало ясно, что создание в США МТКС «Спейс-Шаттл» — это реальность, а не очередной миф, во что очень хотелось верить руководству страны, так как все понимали, какими затратами это ляжет на экономику всей страны, Минавиапром в числе многих других предприятий стал все больше привлекать ЭМЗ к работам по космической тематике. Результатом этих работ явился проект воздушно-космического самолета с горизонтальным взлетом и посадкой, размерность которого должна была обеспечить выведение такого же полезного груза (30 т), какой был заявлен для американской МТКС «Спейс Шаттл».

Первоначально Владимир Михайлович отнесся к идее ВКС скептически. Ход его рассуждений был прост.

Вес конструкции обычной ракеты, как известно, составляет всего несколько процентов от стартового веса (примерно 7-8 %), в то время как вес конструкции самолета, даже хорошего в весовом отношении (Владимир Михайлович приводил в качестве примера сверхзвуковой стратегический бомбардировщик ВВС США В-58 «Хастлер») составляет примерно 30% от взлетного веса (и это без учета теплозащиты, ЖРД и т. п. будущего ВКС).

Возникает естественный вопрос — какой же эффективностью должна обладать силовая установка этого ВКС, чтобы вывести такую тяжелую конструкцию в космос? На поиски ответа на этот вопрос ушло примерно полгода.

По результатам предварительной проработки проекта ВКС Владимиру Михайловичу был предоставлен солидный отчет, который он «изучал» около месяца никак его не комментируя.

И вот однажды утром, помнится это было в начале весны, Владимир Михайлович вызвал меня и спросил как о чем-то совершенно обыденном:

— А где же план-график работ по ВКС?

После этого мне стало ясно — наши доказательства реальности заявляемых характеристик проекта ВКС Генеральным приняты, и можно срочно начинать работу. В связи с этим уместно вспомнить пословицу: «Медленно запрягает, но быстро едет».

План-график всех этапов создания ВКС был составлен очень оперативно. Для развертывания работ была задействована обширная кооперация со смежниками.
Как то раз, рассматривая график работ по ВКС, Владимир Михайлович заметил:

   — Эта тема, видимо, станет моей «лебединой песней», окончания ее я конечно, не застану, но ведь очень важно пойти в правильном направлении».

В тот же период был сформирован проект технического задания на будущий ВКС, где определялись основные технические характеристики и требования к будущему аппарату. Эти требования, в частности, предусматривали то, что М-19 мог использоваться:

• как основа для перспективной многоразовой транспортной космической системы многоцелевого применения в интересах народного хозяйства и науки;
• как составной элемент перспективных систем космического оружия;
• как составной элемент перспективных космических средств обеспечения и ведения военных действий на театрах военных действий на земле.

Применение ВКС М-19 в качестве транспортного средства позволяло решать следующие задачи:

• доставка и смена экипажей на орбитальных станциях;
• материально-техническое снабжение орбитальных объектов;
• возвращение грузов на Землю;
• аварийное спасение экипажей;
• доставка и смена отдельных блоков орбитальных станций;
• транспортировка космических аппаратов в космосе с опорных орбит на рабочие и наоборот;
• проведение на орбите профилактических и регламентных работ, выполнение ремонтных и восстановительных работ и др.;
• проведение военно-научных исследований и экспериментов в космосе.

С самого начала проект М-19 рассматривался как одноступенчатый ВКС с горизонтальными взлетом и посадкой (по-самолетному). Благодаря многоразовости ВКС, все перечисленные задачи должны были выполняться более эффективно, чем обычными средствами.

Эта эффективность выражалась в возможности периодической доставки на орбиту различных объектов и грузов одним и тем же аппаратом с восполнением лишь необходимого запаса горючего и расходуемых запасов спецгазов и спецжидкостей.

Разрабатывая проект отечественного ВКС, проектантам важно было учитывать одно безусловное обстоятельство, которое заключалось в том, что для получения в условиях СССР транспортной системы, обладающей, как минимум, такими же энергетическими и транспортными характеристиками как американская «Space Shuttle», отечественная система должна была быть даже более совершенной, чем американская.

Это было обусловлено тем, что точки старта в СССР имели менее благоприятное географическое положение, чем у американцев, (это, в первую очередь, наличие жестких ограничений на азимуты пусков, необходимость в отчуждении огромных территорий по направлению пусков ракет, ограничения мест пуска по широте), а также усугублялось уже имеющимся отставанием СССР от США в этой области.

Создание подобной системы в СССР явилось бы наиболее крупным качественным шагом в развитии авиационно-космической науки и техники, который следовало рассматривать как важнейшую общегосударственную задачу на конец 70-х начало 80-х годов.

Проведенный анализ возможных сроков создания подобной МТКС показывал, что при условии принятия решения о начале работ и выделении необходимых финансовых средств, а также выполнения единой общегосударственной координации всех работ можно было обеспечить её создание уже в 1986-1987 гг.

Учитывая высокий риск и сложность создания подобной системы программа создания МТКС носила поэтапный характер.

Для ускорения сроков создания многоразовой космической системы в СССР на первом этапе прототип ВКС мог бы использоваться в качестве гиперзвукового бомбардировщика со скоростями полета М~6,0 на высотах до Н~30 км и с дальностью полета порядка 10000 км. или в качестве самолета-разгонщика на ЖВТ, способного выводить на опорную орбиту орбитальную ступень весом до 40 т.

Если сравнивать потенциальные возможности проектируемого ВКС М-19 с американской МТКС типа «Space Shuttle», то принципиально новыми и отличительными качествами нашего аппарата являлись:

• в первую очередь возможность всеазимутального запуска с максимальным сокращением площади отчуждаемых земель;
• для СССР с учетом географического положения места существующего старта эта проблема приобретала первостепенное значение;
• возможность самостоятельного возврата к месту старта и самостоятельного перебазирования на другие площадки базирования;
• получение высокой степени надежности (на уровне больших самолетных систем, достигаемой за счет авиационных принципов эксплуатации: опробование двигателей перед стартом, создание ремонтно-пригодных агрегатов, использование встроенных систем автоконтроля и др.);
• высокая экономическая эффективность, обусловленная меньшими эксплуатационными расходами, снижением затрат на средства поиска, спасения, транспортировку отдельных ступеней и т. п., снижением затрат на аренду отчуждаемых земель, высвобождением значительных производственных мощностей, необходимых для воспроизводства одноразовых ракет-носителей и т. п.
• расширение технических возможностей за счет увеличения типов возможных орбит различного наклонения; значительно большей автономности системы (отсутствие разделяемых ступеней, самостоятельные взлет, «осадка, перебазирование).
• высокие маневренные характеристики ВКС, обеспечивающие возможность погружения в атмосферу до высот Н=50-б0 км с обратным выходом на орбиту.

Использование ВКС с комбинированной ядерной двигательной установкой потенциально обеспечивало неограниченные возможности интенсивного освоения как околоземного космического пространства, включая удаленные геостационарные орбиты, так и области удаленного космоса, в том числе Луну и окололунное пространство.

Энергетика бортовой ядерной установки обеспечивала автономное длительное пребывание и свободное маневрирование в космосе.

Наличие на борту ВКС ядерной установки, позволяло бы также использовать ее в качестве мощного энергетического узла для обеспечения функционирования новых типов космического оружия (лучевое, пучковое оружие, средства воздействия на климатические условия и т. п.). От таких перспектив захватывало дух и это была поистине фантастика.

Если систематизировать возможные области применения ВКС с ядерной двигательной установкой, то получалась довольно многообещающая картина.

В научных целях:

• изучение околоземного космического пространства;
• проведение научных экспериментов в прикладных целях;
• медико-биологические исследования;
• изучение планет и дальнего космоса.

В интересах народного хозяйства:

• создание космических служб, обеспечивающих связь, навигацию, экологический мониторинг, метеопрогноз и т. п.;
• создание космического комплекса новых промышленных технологий.

В интересах обороноспособности:

• техническая основа создания космического рода войск, для:
• боевого использования;
• космической разведки;
• транспортного обеспечения на орбите.

При взлетной массе 500 т., ВКС М-19 должен был выводить на опорную орбиту с наклонением 57,3° полезную нагрузку массой порядка 30 т. Создание подобного проекта одноступенчатого ВКС базировалось на реализации следующих физико-технических принципов:

• использование бортового ядерного реактора;
• использование устройства для эффективной передачи тепла набегающему потоку;
• использование окружающей среды в качестве рабочего тела и окислителя (кислород из атмосферы);
• использование водорода в качестве бортового запаса горючего, рабочего тела и теплоносителя в контуре ЯРД;
• использование аэродинамической подъемной силы аппарата.

По предварительным оценкам, выполненным на начальном этапе работ, рациональное использование этих принципов позволяло :

• снизить почти в два раза потребный коэффициент заполнения топливом, составляющий в существующих ракето-носителях более 90% от стартового веса;
• исключить размещение запаса окислителя (кислорода) на борту аппарата, составляющего более 60% от стартового веса РН «Сатурн-5»;
• уменьшить более чем в два раза потребную стартовую тяговооруженность;
• резко уменьшить (примерно в 50 раз) расход топлива на атмосферном участке выведения (до режимов полета Н~25км, М~4,0);
• уменьшить более чем в три раза (при одной и той же полезной нагрузке) стартовый вес аппарата, по сравнению с МТКС, использующей обычное химическое топливо.

Несмотря на фантастические характеристики будущего ВКС, достижение последних было обосновано расчетными исследованиями и имеющимся уровнем развития отечественной промышленности».
В частности, технические возможности осуществления проекта были обусловлены последними достижениями науки и техники того времени, среди которых было:

• наличие надежных теоретических и экспериментальных методов исследований вопросов гиперзвуковой аэродинамики и силовой установки;
• появлением новых конструкционных материалов с заданными механическими свойствами;
• прогрессом в области космических полетов и пилотируемой космонавтики;         разработкой концепции входа КЛА в земную атмосферу при больших углах атаки (a=60°);
• созданием высокотемпературных компактных ядерных реакторов с высокими удельными показателями;
• достигнутыми успехами в разработке и создании экспериментальных моделей ГПВРД со сверхзвуковым горением и опытных ЯРД для летательных аппаратов; большим прогрессом в развитии криогенной техники;
• опытом разработки и реализации крупномасштабных авиационных и космических программ.

В этот период был сформирован проект технического задания на будущий МВКС, где определялись основные технические характеристики будущего аппарата.

Были также проведены предварительные расчетные исследования характеристик и возможного облика гиперзвукового самолета и воздушно-космического самолета, сформированы предварительные компоновки.

Исследовались вопросы аэродинамики, динамики, варианты схем комбинированных силовых установок будущего ВКС, прочность конструкции из новых конструкционных материалов.

Специально для министерских докладов были изготовлены демонстрационные модели ВКС М-19, а также подготовлены прекрасно выполненные рекламные плакаты и проспекты «Воздушно-космический самолет М-19. Основные принципы и проектные решения».

В.М.Мясищев, по жизни большой эстэт, всегда уделял вопросу представления материалов большое внимание и не считал это мелочью. Всегда аккуратные и безукоризненно выполненные демонстрационные материалы подчеркивали стиль работы фирмы, были, если можно так сказать, визитной карточкой фирмы при первом знакомстве с ней.

Для совместного участия в работах были разработаны и утверждены планы совместных работ с предприятиями МАП, в том числе: ЦАГИ, ЦИАМ, НИИАС, ИТПМ и многими др., а также с НИИ Академии наук и Министерства обороны.

Вопросами эффективности применения подобных аппаратов для решения различных задач совместно с ОКБ В.М.Мясищева активно участвовала группа сотрудников ЦНИИ-50 МО, руководимых О.В.Гурко, который ранее выдвинул идею атомоплана с комбинированной двигательной установкой.

За период 1975—1977гг. были разработаны технические предложения, исследующие различные концепции МВКС, определяющие его оптимальные параметры и рациональный облик.

Проводимые обширные научно-исследовательские и поисковые работы по МВКС охватывали период с 1974 г по 1980 г и были направлены в первую очередь, на решение следующих вопросов:

• отработка конструкции элементов криогенных систем, в том числе конструкции криогенных топливных баков, систем топливоподачи, теплоизоляции;
• создание ядерной силовой установки, теплообменника, ГПВРД;
• создание и отработка систем управления, маневрирования, ориентации и жизнеобеспечения МВКС;
• разработка комплекса средств эксплуатации и наземного обслуживания МВКС.

В работах этого периода предусматривалось широкое участие предприятий МАП, МО, МСМ, АН СССР, МРП, MOM и др. Проектно-конструкторские экспериментальные исследования по аэротермодинамике, газовой динамике, аэроупругости, новым материалам, радиационной защите и т. п. охватывали период с 1978 по 1982 гг.

На пути создания будущего ВКС, кроме использования новых видов топлив, необходимо было освоить также новые диапазоны высот и скоростей полета.

В качестве первого этапа предусматривалось создание гиперзвукового самолета. В рамках этих работ определялся облик будущего ВКС как самолета гиперзвуковых скоростей. Проектные исследования этого этапа сопровождались экспериментальной отработкой в аэродинамических трубах ЦАГИ облика будущего ВКС.

На многочисленных моделях исследовались аэродинамические характеристики самолета, моделировались варианты входных многорежимных устройств двигателей, определялись оптимальные параметры и конфигурация облика аппарата.

Расчетно-экспериментальными методами в ЦАГИ определялись температурные портреты ВКС, влияние изменения его конфигурации на характер распределения температур по поверхности аппарата.

Облик одноступенчатого ВКС М-19 определился после исследования многочисленных альтернативных вариантов аэродинамической компоновки. Компоновка должна была обеспечить компромисс между необходимостью иметь большие объемы для жидкого водорода и приемлемые аэродинамические характеристики во всем эксплуатационном диапазоне скоростей.

Большой объем работ по данной тематике был проведен институтом теоретической и прикладной механики Сибирского отделения академии наук СССР (ИТПМ СО АН СССР).

Проводились экспериментальные исследования аэродинамических характеристик моделей гиперзвуковых ЛА и ВКС с моделированием тракта ВРД. Исследовалась динамика разделения объектов и оценивалась интерференция при больших скоростях полета.

В части исследований характеристик силовой установки нового типа проводились расчетно-экспериментальные работы по изучению процессов смешения и горения в камерах сгорания ВРД в сверхзвуковом и гиперзвуковом потоках, проводились испытания моделей ГПВРД в аэродинамических трубах на скоростях, соответствующих числам М=3-12.

Для оценки эффективности будущего ВКС были разработаны математические модели систем аппарата и комбинированной силовой установки с ЯРД.

По программе летных полунатурных испытаний, рассчитанной на период с 1980 по 1985 гг предусматривалось:
непосредственно по МВКС:

• изготовление и бросковые испытания крупномасштабной модели МВКС;         изготовление аналога для отработки спуска с орбиты;
• по силовой установке:
• создание летающей лаборатории для отработки ядерной силовой установки (ЯРД);
• создание летающей лаборатории для отработки ПВРД и ГПВРД с использованием ракет.

Разработка эскизного проекта и изготовление полнонатурного макета ВКС М-19 планировалось на период с 1980 по 1982 г.

Рабочее проектирование — 1982-1984 гг. Изготовление, стендовые и летные испытания комбинированной силовой установки и систем МВКС — 1982-1986 гг.

Создание базы для запуска и эксплуатации МВКС — 1981-1987 гг. В этот же период предполагалось изготовление трех опытных образцов МВКС. И, наконец, вершиной всех работ многочисленных предприятий и организаций по созданию МВКС должны были стать летные испытания в период 1987-1988 гг. Такими виделись основные вехи комплексной программы создания принципиально нового МВКС.

Несмотря на всю кажущуюся фантастичность заявленных характеристик и преимуществ многоразового одноступенчатого ВКС нового типа, всё это не было пустым прожектёрством.

Авторитет Генерального конструктора В.М.Мясищева и его многолетний опыт были гарантией того, что проект подобного ВКС может быть реализован. В это твердо верил он сам, и эта уверенность Генерального заряжала его окружение.

Окружающие отмечали, что у В.М.Мясищева до последних дней жизни сохранилось несмотря ни на что, желание снова вести работу с размахом, который был у него при осуществлении программ создания тяжелых бомбардировщиков в 50-60-е годы в ОКБ-23 в Филях.

Темпы и размах работ по теме М-19 приобретали все более значительный характер, об этом красноречиво говорит хотя бы такой факт.

Вспоминает заместитель Генерального конструктора А.А.Брук:

«Работы по теме продвинулись достаточно далеко, и дело дошло даже до того, что однажды В.М.Мясищев поручил мне начать прорабатывать вопрос о подготовке передачи производственной базы в Филях (бывшее ОКБ-23, где раньше работал В. М. Мясищев) и перепрофилирование ее под новые задачи ЭМЗ».

Можно было только удивляться тому, с какой энергией взялся В.М.Мясищев за организацию работ по теме М-19 .

Учитывая то, что ему к тому времени уже было за 70 лет, а сроки создания подобных систем оценивались периодом порядка 10-15 лет Владимир Михайлович, несмотря на явно долгосрочный характер работ, сам активно работал и увлекал своей энергией своих ближайших помощников.

Невзирая на свой уже почтенный возраст, Генеральный сам ездил по смежникам, участвовал в многочисленных совещаниях, делал доклады по теме ВКС.

Как высказывались участники и очевидцы событий тех лет, со стороны создавалось впечатление, что В. М. Мясищев словно заново родился, интересная перспективная работа, видимо, придавала ему сил и смысл жизни.

Памятна встреча Генерального конструктора В.М.Мясищева с президентом Академии наук А.П.Александровым, которая состоялась на совместном совещании в Академии наук в 1974 г.

На совещании была представлена демонстрационная модель ВКС М-19 и обсуждался вопрос о возможности использования водорода и ядерной энергии.

Академик А.П.Александров заявил, что наша страна заинтересована в расширении применения водорода в авиации и всячески поддерживает предлагаемое направление с применением ядерной энергии в авиации.

Особо он отметил, что применение ядерной энергии в авиации потребует создания необходимой биологической защиты от радиации и обеспечения очень высокой безопасности ядерных реакторов при аварийных ситуациях и падении на землю.

Насколько это серьезная проблема и что такое опасность ядерного заражения местности, весь мир узнал спустя много лет после произошедшей 26 апреля 1986 г. Чернобыльской катастрофы.

Резюмируя итоги той памятной встречи, А.П.Александров сказал, что в течение 10 лет может быть создан серийный (он сказал «деловой») образец комбинированной двигательной установки с ядерным реактором.

Теоретические вопросы создания реактора были ясны, оставались проблемы технической реализации. Это вселяло уверенность у разработчиков М-19 в правильности выбранного направления работ.

В свете событий тех лет, небезинтересна позиция Минавиапрома, вернее его министра — П.В.Дементьева по отношению к проекту М-19.

Когда в начале 70-х годов стало ясно, что создание в США системы «Спейс Шаттл» реальность, в недрах Министерства обороны СССР появился (поддерживаемый Д.Ф.Устиновым) лозунг о необходимости адекватного ответа на вызов США.

Начались проработки различных вариантов этого адекватного «ответа». Генеральным конструктором НПО «Энергия» (теперь это РКК «Энергия») был назначен академик В.П.Глушко, которым был предложен проект МТКС «Энергия-Буран», внешне очень похожий на американский МТКС «Спейс Шаттл».

Организацией работ по МТКС «Энергия-Буран» предусматривалось подключение к работам по орбитальному кораблю «Буран» предприятий Минавиапрома.

Министр авиационной промышленности Дементьев был этим фактом очень озабочен, так как опасался, что такое подключение авиационных предприятий к работам со временем может привести к очередному поглощению части предприятий Минавиапрома ракетным Министерством Общего Машиностроения (MOM).

Как говорится, за примерами далеко ходить было не надо, такое уже было в конце 50-х годов, когда Н.С.Хрущев, решив, что стратегическая авиация больше не нужна (так как есть ракеты) передал чать предприятий Минавиапрома (включая, в частности, и ОКБ В.М.Мясищева, завод им. Хруничева и ряд других) МОМ’у.

Открыто противодействовать началу работ по МТКС «Энергия-Буран» П. В. Дементьев не мог. Поэтому была избрана стратегия «затягивания», в соответствии с которой надо было не спешить копировать американцев (такое уже было с лунной программой), а рассмотреть различные альтернативные варианты, учесть экономические аспекты проблемы и прочее, и прочее…

Для этих целей проект М-19, по мнению Дементьева, вполне подходил. Поэтому первоначально он, хотя и дистанцировался от открытой поддержки проекта, не препятствовал активной деятельности В.М.Мясищева по продвижению проекта М-19.

В результате такой негласной поддержки проект М-19 широко рассматривался во многих высоких инстанциях, и в какой-то момент В.П.Глушко решил лично ознакомиться с проектом, который тогда находился у зам. министра обороны по вооружению Н.Н.Алексеева.

Адьютант зам. министра подполковник Н.И.Графов свидетельствовал, что В.П.Глушко более четырех часов знакомился с проектом. Будучи сам хорошим двигателистом, В.П.Глушко резюмировал: «Ядерную двигательную установку быстро не создать!»

В.М.Мясищев и сам понимал, что быстро такой проект не реализуешь, но он рассуждал так: создавать «Энергию-Буран», которая уже на пять лет отстает от «Спейс Шаттла», значит заведомо планировать отставание.

— Проблему, — говорил он, — надо брать за горло, а не за хвост. Иначе всегда будешь в хвосте. Пусть мы затратим на создание М-19 лишние 5 лет, зато потом будем намного впереди.