«Black Sea» — проект воздушно-космической системы для Украины и стран – соседей
Александр Коротков,
Владимир Кукушкин,
Александр Левенко,
ПО "Южный машиностроительный завод имени А.М. Макарова"
На 5-й Украинской конференции по космическим исследованиям, проходившей в сентябре 2005 года в Евпатории, Южным машиностроительным заводом впервые для широкой аудитории был представлен проект создания украинского воздушно-космического носителя орбитальных объектов – "BLACK SEA".
1. От национальной безопасности – к национальной космической программе
Как утверждают эксперты, 2005 год может войти в историю, как год начала активной милитаризации космоса. Лидером, естественно, являются Соединенные Штаты Америки: в ближайшие годы правительство США планирует довести бюджет своего военного ведомства до суммы, превышающей сумму военных бюджетов всех остальных стран Земли. При этом в США практически прекращены работы по созданию новых мощных баллистических ракет военного назначения. Вместо этого создаются новые высокоточные средства поражения. Например, США, несмотря на публичные призывы не выносить оружие в космос, создали новое космическое оружие «божьи стрелы» – сбрасываемые со спутников урановые или титановые стержни, являющиеся искусственными аналогами метеоров. Их точечные удары по эффекту сравнимы с применением ядерного оружия. Созданные когдато в СССР и впервые испытанные в космосе лазеры с ядерной накачкой уже выглядят в космических программах США не столь экзотично. До конца 2005 года намечено провести летные испытания двухместного воздушно-космического самолета, создаваемого Пентагоном в обстановке глубочайшей секретности. Его основная задача – уничтожать в космосе спутники других стран. Для собственной защиты США создали защитный космический «зонтик»: при обнаружении стартующих ракет вероятного противника этот зонтик «разворачивается» над северным полушарием Земли, создавая искусственное северное сияние с полосами вакуума низкотемпературной плазмы, в которых будут разрушаться любые летательные аппараты.
Россия не остается в стороне от этих процессов и за меньшие средства создает собственные космические системы военного назначения.
Европейский Союз, откровенно соперничающий с США, делает свое космическое дело молча, планомерно и целенаправленно. Так, например, уже в 2007 году планируется к летным испытаниям европейская воздушно-космическая система.
Не отстает от мировых лидеров и Китай. Япония соперничает с Китаем, Индия с Пакистаном, Израиль со всем арабским миром, а Северная Корея пугает и Японию, и США.
А что же Украина? Заявив о своем безъядерном статусе и ликвидировав все стратегические носители и средства, тем не менее, наша страна пока еще не декларировала принципов полной беззащитности в космической сфере. В то же время, у нас нет в составе Вооруженных сил Украины ни Ракетных войск стратегического назначения, ни Космических войск. Задачи в области использования космоса в интересах безопасности и обороны выполняет гражданская организация (центральный орган исполнительной власти со специальным статусом) – Национальное космическое агентство Украины. Поэтому в наших экономических условиях скорее мирные космические средства при необходимости должны защищать народ Украины, а не наоборот, когда военные цели оправдывают любые затраты средств, а затем надо думать, как эти военные технологии применять в повседневной жизни.
Мирный тезис обязывает нас космические исследования и эксплуатацию космических средств строить исключительно на экономической основе – достижении рентабельности и возврате затраченных средств. Необходимо создавать рынок применения каждого космического аппарата либо до завершения его разработки, либо в процессе создания. Недопустимо в условиях ограниченного бюджетного финансирования создавать космические средства, а уже потом думать, для чего они нужны. Недопустима трата украинских денег только под предлогами «государственных интересов» и «научной престижности».
Все, что относится к сфере деятельности НКАУ, должно быть понятно и простым гражданам Украины, и народным депутатам, и специалистам ракетнокосмической отрасли.
На наш взгляд, основной задачей новой космической программы Украины должно быть создание и эксплуатация украинской орбитальной группировки спутников различного назначения. Такая группировка, прежде всего, должна обеспечивать информацией и связью правительство Украины и силовые структуры. Для решения этой задачи необходим космический комплекс, в который должны входить:
1. Дешевые и надежные средства доставки спутников на орбиту, проведения орбитальной эксплуатации космических аппаратов, обеспечения их безопасности и возврата на Землю.
2. Космические аппараты – микроспутники, наноспутники, пикоспутники – малогабаритные, высокотехнологичные, соответствующие по электронному наполнению последним мировым разработкам, допускающие возврат, ремонт и повторный запуск.
3. Наземный комплекс приема и обработки информации – телеметрия, данные дистанционного зондирования Земли – с размещением отдельных технических средств за пределами Украины.
Все составляющие этого комплекса должны ориентироваться на привлечение инвесторов (инвестирование как в виде денег, так и в виде участия в осуществлении проекта) – только это даст возможность еще на этапе проектирования спутников создать рынок их применения. Это значит, что к созданию спутниковой группировки должны привлекаться страны, не имеющие возможности решить подобную задачу самостоятельно.
3. Национальная воздушнокосмическая система (ВКС)
Далее хотелось бы остановиться на самой сложной технической задаче, но самой привлекательной для инвесторов – создании современного средства доставки в космос.
Многолетний анализ мировых тенденций развития средств вывода космических аппаратов в космос и специфика условий Украины позволяют выявить три возможных варианта решения задачи вывода в космос национальных спутников:
«А» – создание собственного воздушного (морского) старта ракеты-носителя с полным циклом украинского производства, запуска, обслуживания.
«Б» – создание на основе имеющихся в Украине технологий и конструкций полноценной воздушно-космической системы (ВКС).
«В» – вывод украинских космических аппаратов ракетами-носителями других стран с чужих космодромов.
Для реализации варианта «А» в ГКБ «Южное» разработан проект воздушного старта баллистической ракеты «Орель». Но применение жидкостной ракеты для воздушного старта с ее транспортировкой над густонаселенными районами, заправкой компонентами в условиях аэродрома, т. е. при очевидном значительном риске нештатной ситуации, возможно только в военное время. Работникам же ГКБ «Южное» и ГП «ПО ЮМЗ» хорошо памятна катастрофа ракеты Р-16 на Байконуре в 1960 году. Стоит вспомнить также, почему отказались от жидкостных ракет на подводных лодках. Кроме того, в Украине нет производственной базы для изготовления мощных маршевых двигателей для таких ракетносителей. Как вариант, в проекте «Орель» может быть применена более удобная в эксплуатации и более надежная твердотопливная ракета-носитель – аналог которой использовался в знаменитом ракетном комплексе «Skalpel».
Вариант «Б» в украинском исполнении более перспективен и может быть осуществлен при значительно меньших затратах и сроках по сравнению с мировыми проектами. ВКС многоразового использования способна снизить стоимость вывода груза на орбиту до 1–3 тысяч долларов США (сегодня самый оптимистический прогноз имеет РН «Ариан»: 7 – 8 тысяч долларов за 1 кг). Еще одна особенность: рынок вывода груза на орбиту с массы более 300 кг контролируется США и ЕС, а ВКС может выводить (и развозить по орбитам) грузы меньшей массы. То есть может быть создан новый рынок вывода космических аппаратов на околоземную орбиту. Эти две слагаемых являются хорошей базой для привлечения к проекту инвесторов.
Вполне возможно, что реальная ситуация в Украине может сложиться по «детской схеме»: «А» и «Б» сидели на трубе… Тогда останется вариант «В».
4. ВКС – это не «Воздушный старт»
При всей привлекательности основы создания воздушнокомической системы, как основы национальной орбитальной группировки спутников, такая система в Украине широко неизвестна ни ракетчикам, ни авиаторам. Поэтому следует сделать небольшое отступление по этому поводу:
– ВКС не является вариантом воздушнокосмического старта ракеты-носителя;
– ВКС не является вариантом американского корабля многоразового использования «Спейс Шат тл»;
– ВКС не является ракетным самолетом;
– ВКС не является некой модификацией ракеты.
Воздушнокосмическая система является летательным аппаратом многоразового использования своего собственного типа.
Среди множества проектов ВКС (США, Россия, Великобритания, Франция, Германия, Индия, Китай, Япония) преобладают либо самолетные схемы, либо возвращаемый аппарат выводится на орбиту ракетойносителем одноразового использования, т.е., делается попытка подогнать летательный аппарат совершенно самостоятельного типа под известный проектировщикам шаблон. Что является первой основной причиной затянувшегося фактически с 1932 года этапа создания ВКС.
Вторая существенная причина того, что ВКС к середине 2005 года ни в одной стране мира не появилась – противодействие проектировщиков и изготовителей традиционных ракет появлению полноценной ВКС. Их пугает перспектива: если один воздушно-космический аппарат можно будет использовать 100 раз, это означает, что не потребуется 100 ракетносителей. Такое заблуждение вызвано абсолютным непониманием основного принципа эксплуатации ВКС – обеспечение постоянных запусков с необходимостью постоянного технического переоснащения (проверка параметров, замена узлов и пр.). ВКС требует не только производственной базы для изготовления, но и наличия технологической базы для переоборудования для повторных полетов. Вероятно, оказывает влияние и сохранившийся стереотип изготовителя космической техники – нежелание самостоятельно заниматься всем циклом от производства до эксплуатации. Для Украины же создание ВКС может стать спасением для всей ракетной отрасли от разрушения технологической базы в условиях реального отсутствия постоянных заказов.
5. Из истории создания ВКС
Историю разработки воздушнокосмических систем и меняющиеся тенденции в этой сфере деятельности можно проследить с 1932 года.
Разработки Германии первой половины ХХ века обогнали время. В 19321942 годах в Германии Эуген Зенгер предложил создать бомбардировщик-антипод для нанесения ударов по целям в США. В то же время им была предложена схема ракетного истребителя, который был разработан в Германии и впоследствии испытан в США под индексом Х-1 (первый полет осуществлен в 1946 году). Бомбардировщикантипод Зенгера разгонялся на рельсовой стартовой тележке до высокой скорости, затем ракетным двигателем выводился за пределы атмосферы, где, совершая рикошетирующий полет в плотных слоях атмосферы, достигал большой дальности полета. Самолет, стартовавший из Западной Европы, должен был приземляться на территории Японии. Последние сообщения о такого рода крылатом летательном аппарате относятся к 1944 году. В 50-х годах в США он послужил основой разработки проекта космического самолета, который был предшественником проекта ракетоплана «DynaSoar» (1957 год).
Соперничество с США привело к созданию в СССР целой серии проектов под руководством главных конструкторов самолетов и ракет.
В конце 50-х годов в конструкторском бюро Лавочника создается беспилотный ракетоплан «Буря»: аппарат запускался со специальной железнодорожной платформы, использовались два ракетных ускорителя с четырехкамерными ЖРД, высота полета более 18 км, дальность 6500 км.
В начале 60-х годов в КБ А.И. Микояна начались исследования двух вариантов суборбитального самолета. В первом предусматривался самолетразгонщик, во втором – ракета «Союз» с орбитальным самолетом.
Наиболее интересным представляется проект «Спираль» – двухступенчатая воздушно-космическая система, разрабатывавшаяся под руководством Г.Е. ЛозиноЛозинского. Проектировался аппарат со складывающимися консолями крыла. Опытный вариант аппарата в 1965 году был готов к первому полету как дозвуковой аналог. Полеты выполнялись летчикамииспытателями И. Волком, В. Меницким, А. Федотовым и А. Фастовцом. Позже проводились полеты аналога с его отцепкой от самолета-носителя Ту95К.
Для решения проблем теплового воздействия и управляемости аппарата были созданы летающие модели, которые получили название «БОР» – беспилотный орбитальный ракетоплан. Их испытали в 19691973 годах.
«БОР1» длиной 3 м в масштабе 1:3 орбитального самолета был сделан целиком из дерева, и его масса составляла 800 кг. Он был запущен ракетойносителем днепропетровского изготовления «Космос2» (11К65) 15 июля 1969 года на высоту 100 км и сгорел при входе в атмосферу со скоростью 13 000 км/ч. До начала обгара на высоте 6070 км радиотелеметрия передала множество ценной информации, главным выводом которой была уверенность в самой возможности устойчивого управляемого спуска несущего корпуса выбранной формы.
«БОР-2» и «БОР-3», изготовленные в масштабе 1:3 и 1:2 орбитального самолета соответственно, были выполнены уже из металла и имели программное управление. Эти аппараты также запускались в космос носителем 11К65 по баллистической траектории из Капустина Яра в сторону полигона в СарыШагане (Казахстан).
По завершении испытаний первых аппаратов «БОР» были спроектированы более сложные модели. Доработанный «БОР-4» предназначался для отработки системы теплозащиты. Он представлял собой беспилотный экспериментальный аппарат, являющийся уменьшенной копией (1:3) пилотируемого воздушно-космического самолета и был выполнен по аэродинамической схеме «несущий корпус»: длина 3,4 м, размах крыла 2,6 м, масса 1074 кг на орбите и 795 кг после возвращения. Аппарат со скошенным вверх крылом был оснащен двигателями газовой стабилизации, блоками автономного управления, термозащитным экраном и сбрасываемой тормозной двигательной установкой для схода с орбиты.
3 июня 1982 года «БОР-4» был запущен на ракете-носителе с полигона Капустин Яр. После выполнения орбитального полета на высоте 200 км над восточной Алантикой включилась тормозная установка, а на суда космической службы ушла накопленная информация. Над Шри-Ланкой «БОР-4» со скоростью 7500 км/ч вошел в атмосферу, погасил скорость, спланировал и успешно приводнился на парашюте.
С 1982 по 1987 г. было произведено шесть запусков аппаратов «БОР-4» ракетами-носителями «Космос» с космодрома Капустин Яр на различные траектории. Аппараты, выводившиеся на орбиты ИСЗ, получали условные наименования «Космос».
Изза попыток иностранных судов обнаружить и поднять на борт советские аппараты район приводнения в Индийском океане после двух запусков был заменен на акваторию Черного моря. Участие в управлении аппаратами принимал космический Евпаторийский центр.
C июня 1983 начались запуски «БОР-5», который был уже моделью «Бурана». В конце 80-х для исследования прохождения радиоволн через плазму намечались запуски аппаратов «БОР-6». Но сначала началось сокращение финансирования программы, а затем ее вовсе закрыли.
После 25-летнего перерыва, работы над созданием аппарата-аналога проекта «Спирали» были возобновлены в России под руководством Г.Е. ЛозиноЛозинского. Проект назывался «многоцелевая авиационно-космическая система аэродромного базирования», сокращенно «МАКС». Этот проект предусматривал использование самолета Ан225 «Мрия» в качестве носителя. В беспилотном варианте «МАКС» должен был выводить на околоземную орбиту 220 км груз массой 9,5 тонн; в пилотируемом варианте с экипажем из двух человек – немногим более 8 тонн.
«МАКС» не требует стационарного космодрома и полей отчуждения. Экваториальные орбиты, удобные для запуска стационарных спутников, достигаются самолетомносителем, выводящим космоплан на любую требуемую широту, вплоть до экватора. Масса собственно аэрокосмического самолета составляет 24 т. Вся собранная система орбитального самолета со сбрасываемым топливным отсеком устанавливается на фюзеляже самолета «Мрия».
Предусматривалось применение воздушно-космического самолета для выведения полезных грузов на низкие орбиты и возвращения их на Землю, для обслуживания орбитальных станций, сбора космического «мусора», ведения космической инспекции под контролем ООН. К сожалению, конструкция оказалась очень сложной и разработка потребовала много средств и времени, которых не оказалось. Главный конструктор ушел из жизни, так и не увидев воплощения в жизнь своего проекта.
6. Создание ВКС -национальная задача
За последние 15 лет Украина много потеряла, не найдя достойной национальной задачи для ракетнокосмической отрасли. Национальные космические программы Украины оставались в плену устаревших тенденций. За это время число стран, занимающихся космосом, превысило 40. Появилось новое понимание принципов освоения околоземного пространства.
Однако, созданный еще во времена СССР ракетнокосмический потенциал Украины может являться основой нового для страны воздушно-космического направления. Еще сохранены ракетные технологии, имеется задел готовых надежных конструкций, функционирует наземный центр управления в Крыму и совершенно незадействован в ракетнокосмической отрасли огромный потенциал украинского авиастроения.
Предварительные проработки создания украинской воздушнокосмической системы уже проведены. ВКС условно названа «BLACK SEA» («Черное море»). Летательные аппараты «БОР», созданные по проекту «Спираль», в какойто мере можно считать аналогами будущей украинской разработки ВКС. Это двухступенчатый аппарат, запускаемый либо с транспортного самолета-носителя, либо катапультируемый с любой площадки. Полная масса – до 43 тонн, габариты всей системы (разгонный блок в виде самолета-бесхвостки и гиперзвуковой автоматический планер) сравнимы с габаритами самолета-истребителя.
ВКС предназначена для выхода на 300-километровую околоземную орбиту и вывода полезной нагрузки до 300 кг. Обе ступени ВКС возвращаются на Землю с приземлением на конечном участке в заданном районе на парашютах. Конструкция негерметичных углепластиковых корпусов позволяет применить высокотехнологичную модульную схему размещения отдельных узлов.
Для украинской воздушно-космической системы практически ничего не потребуется создавать с «нуля»: на первом этапе возможно максимальное использование уже готовых узлов и изделий ракетной техники и авиации, существующих производственных баз, технологий и систем эксплуатации. Это позволит сократить сроки и стоимость разработки, стоимость ВКС и обусловит низкую стоимость эксплуатации системы. А это, в свою очередь, существенно уменьшит цену вывода одного килограмма груза на орбиту по сравнению с достигнутой в мире. В качестве маршевых двигателей в воздушно-космической системе могут применяться четырехкамерные рулевые ЖРД, ранее изготавливавшиеся для серийных межконтинентальных баллистических ракет. В качестве ускорителей могут быть применены серийные воздушно-реактивные двигатели ракет разработки НПО «Машиностроение» (Россия).
В целом весь цикл производства и эксплуатации ВКС возможен в Украине.
Для Украины создание системы орбитального обслуживания на основе воздушно-космической системы «BLACK SEA» может стать той национальной задачей, которая на экономической основе позволит реализовать накопленные возможности ракетостроения, авиастроения, секторов военно-промышленного комплекса и академической науки. Это реальная возможность повысить занятость населения высокотехнологичной наукоемкой работой, а привлечение ряда заинтересованных государств в рамках экономического сотрудничества повысит международный престиж Украины и ее роль в мире.
Полностью (с таблицами и иллюстрациями ) статья опубликована в IX номере за 2005 год журнала "Аэрокосмический вестник".
