Авиационно—космическая система «Высокий старт»
Авиационно-ракетная система «Высокий старт»
Александр и Владимир Яковлевы – братья-конструкторы с многолетним стажем работы в авиаконструкторской деятельности. Владимир Васильевич – работает в КБ им. Сухого уже не один десяток лет, Александр Васильевич – наш земляк, работал долгое время в институте авиации СибНИА (Новосибирск), а потом ведущим конструктором УКБТМ ФГУП «ПО «Уралвагонзавод» (Нижний Тагил). Идея проекта «Высокий старт» вынашивалась братьями давно, но именно сейчас, на взгляд авторов идеи, созрели все предпосылки к реализации фантастической, казалось бы, идеи. Но фантастической – только на первый взгляд. Поэтому мы сегодня знакомим с уникальным проектом всех читателей «Максималиста».
ПРОЕКТ=========================================================
Суть проекта – на космодроме с эстакады, посредством стартовой платформы с электроприводом, взлетает тяжелый самолет-носитель, на внешней подвеске которого, закреплен ракетоплан с разгонным блоком и пилотируемым космическим кораблем. Космический пилотируемый корабль снабжен аварийной системой спасения, способной работать на любой стадии полета. После отрыва от стартовой платформы комплекс совершает набор высоты и полет в район, промежуточной посадочной полосы, где круто идет вверх и производит отделение ракетоплана. В верхних слоях атмосферы от ракетоплана отстыковывается разгонный блок с космическим кораблем. Разгонный блок в космосе разгоняет космический корабль до требуемой скорости, затем производится отстыковка космического корабля. Космический корабль либо остается на орбите (спутник) либо в случае пилотируемого варианта, стыкуется с международной космической станцией или самостоятельно возвращается на Землю. Ракетоплан маневрирует в атмосфере и производит автоматическую посадку на промежуточной взлетно-посадочной полосе. На эту же полосу садится самолет-носитель. Ракетоплан пристыковывается к самолету-носителю, и комплекс возвращается на космодром. После чего комплекс полностью готов к повторному старту.
Сама взлетная эстакада космодрома представляет собой металлоконструкцию, на которой с высокой точностью уложено несколько параллельных железнодорожных путей. Металлический прокат требуемой номенклатуры типа «широкая балка» и рельсы выплавляет и прокатывает нижнетагильский металлургический комбинат (НТМК). Изготовить металлоконструкцию способен нижнетагильский завод металлоконструкций (ЗМК), который в советские времена создавался и использовался для изготовления стартовых ракетных комплексов. Завод имеет необходимое оборудование и производственные площади. Сборку эстакады и выполнение сварочных работ могут выполнить высококвалифицированные сварщики нижнетагильского «Уралвагонзавода».
Стартовая платформа – железнодорожная конструкция с электроприводом грузоподъемностью 600 тонн, передвигающаяся по эстакаде со скоростями до 300 км/час. Проектные работы могут выполнить конструкторские бюро Уралвагонзавода, как и изготовить негабаритную стартовую платформу. Криогенные заправочные комплексы традиционно изготавливаются также на криогенном производстве Уралвагонзавода. Имеется в Нижнем Тагиле и крупнейший завод для развертывания производства криогенных компонентов ракетного топлива (кислорода и водорода) – это кислородное производство НТМК. Международный аэропорт Кольцово города Екатеринбурга, лежащий в 140 километрах от предполагаемого района размещения космодрома, сможет принимать не только гостей и специалистов, но и транспортные самолеты со спутниками, созданными в потенциальных странах-заказчиках запусков.
=====================================================================================
АНАЛИЗ ПРОЕКТА
Проанализируем с точки зрения возможности реализации российский проект «Высокий старт». Суть проекта. На космодроме с эстакады, посредством стартовой платформы с электроприводом, взлетает тяжелый самолет-носитель, на внешней подвеске которого, закреплен ракетоплан с разгонным блоком и пилотируемым космическим кораблем. Космический пилотируемый корабль снабжен аварийной системой спасения САС, способной работать на любой стадии полета. После отрыва от стартовой платформы комплекс совершает набор высоты и полет в район, промежуточной посадочной полосы, где круто идет вверх и производит отделение ракетоплана. В верхних слоях атмосферы от ракетоплана отстыковывается разгонный блок с космическим кораблем. Разгонный блок в космосе разгоняет космический корабль до требуемой скорости, затем производится отстыковка космического корабля. Космический корабль либо остается на орбите (спутник) либо в случае пилотируемого варианта, стыкуется с МКС или самостоятельно возвращается на Землю. Ракетоплан маневрирует в атмосфере и производит автоматическую посадку на промежуточной взлетно-посадочной полосе. На эту же полосу садится самолет-носитель. Ракетоплан пристыковывается к самолету-носителю, и комплекс возвращается на космодром. На космодроме в монтажно-испытательном корпусе (МИК) производится предполетная подготовка и стыковка ракетоплана с разгонным блоком и следующим космическим кораблем. Затем ракетоплан устанавливается на стартовую платформу и вывозится на эстакаду, где и стыкуется с самолетом-носителем. На эстакаде производится заправка ракетоплана компонентами ракетного топлива. Производится посадка экипажа. После чего комплекс полностью готов к повторному старту.
Преимущества такого способа очевидны. Практически все составные элементы многоразовые. Старт не вертикальный, а горизонтальный, вследствие чего стартовая масса комплекса снижается с 1950…2300 тонн до примерно 600 тонн. Предполетная подготовка занимает минимум времени. Нет необходимости в строительстве для каждого запуска отдельной ракеты. Важным аргументом в пользу проекта «Высокий старт» является его высокая боеготовность. В случае непредвиденных ситуаций на МКС с экипажем 6 человек, спасательный корабль сможет стартовать по первому требованию, причем самолет-носитель запустит ракетоплан в плоскости орбиты МКС.
Космодром может быть построен в любом регионе России а, значит, будет обеспечена защита от террористических актов и нет необходимости платить за аренду земли, которой в Росси предостаточно. Одно из требований к месту размещения космодрома наличие стартовой директриссы, т.е. наличие участка местности длинной 40…60 км, где отсутствует жилая и производственная инфраструктура. Преимущество предлагаемого проекта состоит в том, что члены экипажей самолета-носителя и пилотируемого корабля снабжены средствами спасения при полетах в атмосфере. В аварийном случае человеческие жизни будут сохранены. Жидкие компоненты ракетного топлива можно без вреда слить в полете.
========================================================================================
Горизонтальный старт комплекса с эстакады позволяет в разы снизить стартовую массу системы, дополнительно снизить запас прочности всех составных частей комплекса, за счет исключения ударных поперечных нагрузок неизбежных при традиционном старте самолета с аэродрома. Старт с эстакады с полной нагрузкой необходим для оптимизации характеристик самолета-носителя по критерию «эффективность-стоимость». Шасси самолета-носителя рассчитаны только на посадочный вес самолета и пустого ракетоплана. Подчеркнем, эстакада необходима для оптимизации характеристик и снижения стоимости вывода на орбиту полной нагрузки. Вывод на орбиту малых и средних объектов можно будет проводить ракетопланами меньшей массы при старте самолета-носителя с обычного хорошего аэродрома, например, в стране Заказчике.
Использование стартовой платформы с электроприводом позволяет увеличить вес полезной нагрузки, сократить запас топлива на борту самолета, снизить аэродинамическое сопротивление при взлете и применить «экранный эффект» для повышения подъемной силы крыла при разгоне и отрыве комплекса от стартовой платформы.
Предполетная подготовка всего комплекса займет не более 10 суток. Это означает, что один комплекс сможет в год производить до 36 запусков спутников и пилотируемых кораблей. Время предполетной подготовки корабля с многоразовой возвращаемой капсулой может быть и более 10 суток, в этом случае необходимо будет изготовить несколько таких кораблей.
Продолжительность предполетной подготовки зависит от мощности завода по производству компонентов ракетного топлива и удобства подвоза авиационного керосина. Кстати стоимость вывода полезной нагрузки в космос во многом зависит от стоимости и токсичности ракетного топлива. Комплекс «Высокий старт» использует в качестве топлива недорогие и нетоксичные керосин, жидкий кислород и жидкий водород.
===================================================================================
Космический корабль разрабатывается в РКК «Энергия». Сегодня смутно угадываются контуры этого корабля, но ясно другое, Роскосмос может это сделать. Грузовые корабли и спутники составят подавляющее количество запусков полезной нагрузки в космос. Стартовая масса спутников с учетом бурного развития микроэлектроники и нанотехнологий в будущем будет неуклонно снижаться. Вновь встанет вопрос о целесообразности возврата спутников на землю для ремонта. Быстрый прогресс в данной области приведет к нецелесообразности возврата спутников, они очень быстро будут устаревать. С началом реализации проекта «Высокий старт» предприятия космической отрасли получат долгожданные контракты и наконец-то выйдут из многолетнего отставания от конкурентов. Наши космонавты станут летать в космос на современных кораблях, а не на ровесниках «Москвича-408».
Ракетоплан и разгонный блок могут быть изготовлены несколькими, прославленными предприятиями космической отрасли, прежде всего, это Ракетно-космический центр им. Макеева и ГКНПЦ им. М.В.Хруничева. Гарантией успеха можно считать наличие больших заделов, особенно в области двигателестроения для космических аппаратов. Двигатели будут полностью заимствованы, а это до 70% трудоемкости разработки космического аппарата.
Самолет-носитель построит авиационная промышленность. Его разработка, постройка и испытания самолета-носителя не потребуют чрезмерных финансовых затрат. Основные части тяжелого самолета: крыло, двигатели, кабина и шасси, разработаны, испытаны и освоены в серийном производстве. Пермские двигатели ПС-90 широко применяются на тяжелых российских самолетах. Крыло предлагается заимствовать от самолета Ан-124, выпускающегося в г. Ульяновске. Кабины экипажа заимствуются от бомбардировщика Су-34, производимого в настоящее время в г. Новосибирске на заводе им. В.П.Чкалова. Две кабины обеспечивают комфортные условия для работы экипажа самолета-носителя, позволяют не ограничивать время полета самолета, позволяют производить обучение летчиков непосредственно на рабочем самолете, а не на учебно-тренировочном. Отпадает сама необходимость в строительстве учебно-тренировочного самолета. Шасси изготовят предприятия Самары и Верхней Салды. Изготовление центроплана и проведение общей сборки самолета, целесообразно выполнить в Новосибирске на заводе им. В.П.Чкалова, тем более, что там же расположен крупнейший научный центр по статическим испытаниям самолетов. В этом центре сибирском научно исследовательском институте авиации (СибНИА) имеется один из крупнейших в мире зал для статических испытаний самолетов.
Самолет-носитель имеет уникальную аэродинамическую схему «летающее крыло» с низкорасположенным крылом и центропланом, выполненным в виде несущего канала. Такая схема позволяет подвешивать полезную нагрузку в центре тяжести системы под центропланом с земли, не прибегая к помощи грузоподъемных механизмов и производить сброс сразу всей полезной нагрузки на любых высотах полета.
Самолеты-носители будут выпускаться крупной серией. Имеется емкий рынок международных грузовых перевозок и перевозок негабаритных и особо тяжелых грузов. Потребности МЧС по тушению лесных пожаров, доставке грузов в места природных и техногенных катастроф постоянно растут.
Отдельное применение самолеты-носители найдут в операциях по спасению людей с терпящих крушение кораблей и подводных лодок. Самолет-носитель доставит катер-спасатель или глубоководный аппарат в любое место мирового океана за считанные часы.
Во время войны стационарные космодромы будут уничтожены в первую очередь. Самолеты – носители с военными спутниками и иными полезными нагрузками можно будет рассредоточить на просторах России, а запускать ракетопланы во время войны можно с любого хорошего аэродрома хоть под Москвой.
Важнейшие элементы инфраструктуры: центр управления полетом и центр подготовки космонавтов уже имеются и успешно работают.
Системы слежения и автоматической посадки ракетоплана в основном готовы.
Остается рассмотреть возможности промышленности России по строительству космодрома.
Методом исключения определим место расположения космодрома. Европейскую часть России исключим по причине плотного народонаселения. Север исключим из-за неразвитой инфраструктуры. Дальний Восток и Сибирь исключим по причине больших транспортных издержек, сейсмоопасности и неразвитой инфраструктуры. Остается регион Урала. Конкурентами выступят Оренбургская, Челябинская и Свердловская области. Оренбургскую область исключим ввиду неразвитой инфраструктуры и близости к террористическим центрам. Челябинская область может рассматриваться в качестве претендента, особенно район Магнитогорска. В Свердловской области наилучшее место размещения космодрома район города Нижний Тагил. Магнитогорск намного южнее и это его единственное преимущество перед Нижним Тагилом. Но с другой стороны самолет-носитель стартовав из района Нижнего Тагила, где среднегодовые температуры воздуха намного ниже, чем в Магнитогорске сможет пролететь южнее Магнитогорска и в районе, например, поселка Домбаровский произвести запуск ракетоплана. В поселке Домбаровский имеется широкая и ровная взлетно-посадочная полоса, пригодная для посадки, как ракетоплана, так и самолета-носителя. Температура воздуха влияет на тягу реактивных двигателей самолета-носителя, чем ниже температура, тем выше тяга двигателей. В Нижнем Тагиле легче взлететь, а в каком месте производить запуск ракетоплана не имеет существенного значения. Самолет-носитель на высоте 8000… 10000 метров (где температура воздуха -50°С) долетит и до Байконура и южнее. Причем до 90% запусков ракетопланов со спутниками и пилотируемыми кораблями с туристами будет производиться из района Нижнего Тагила. Географическая широта места расположения космодрома не будет служить препятствием, напомним, сейчас запуски спутников производятся с северного космодрома Плесецк.
Промежуточная посадочная полоса ракетоплана и самолета-носителя должна быть расположена в малонаселенной местности и желательно как можно южнее. В качестве промежуточной посадочной полосы ракетоплана и самолета-носителя предлагается рассмотреть несколько вариантов. Существующие готовые полосы: комплекса «Энергия – Буран» в районе космодрома Байконур (Казахстан), полоса поселка Домбаровский и другие. Может быть, придется построить новую полосу в Свердловской, Тюменской или Оренбургской областях.
Посадочная полоса космодрома имеется в 14 километрах от города. Законсервированная бетонированная взлетно-посадочная полоса поселка Сокол (Покровское-1), несомненно, нуждается в модернизации, но эта полоса уникальна тем, что в свое время на ней было уложено два слоя железобетонных аэродромных плит. На эту полосу приземлялись самые тяжелые военно-транспортные самолеты. Расширив полосу и уложив третий слой бетона, можно, получить требуемую посадочную полосу для самолета-носителя. Инфраструктура аэродрома Сокол, на котором в 1990-х годах базировался авиаполк истребителей перехватчиков ПВО, военный авиаремонтный завод и база авиации института испытания металлов НТИИМ, нуждается в восстановлении, но она будет строиться не на пустом месте, часть подъездных путей и большая часть складских помещений пригодны к использованию. В двух километрах от полосы расположена железнодорожная станция Салка. К жилому поселку Сокол подведен газ, линия электропередач и асфальтированная дорога.
Стартовая директрисса имеется в поселке Старатель под Нижним Тагилом, речь идет о крупнейшем советском полигоне института испытания металлов (НТИИМ), в свое время применявшемся для испытания авиационных и морских артиллерийских боеприпасов. В настоящее время полигон используется только для проведения международных выставок вооружений «УралЭкспоАрмс». На выставочной площадке полигона построена развитая инфраструктура, в том числе трибуны для гостей. С трибун можно будет безопасно наблюдать за стартами космических многоразовых кораблей. Институт испытания металлов НТИИМ, кроме того, является крупным научным учреждением по испытаниям быстролетающих объектов. Взлетная эстакада представляет собой металлоконструкцию, на которой с высокой точностью уложено несколько параллельных железнодорожных путей. Металлический прокат требуемой номенклатуры типа «широкая балка» и рельсы выплавляет и прокатывает нижнетагильский металлургический комбинат (НТМК). Изготовить металлоконструкцию способен нижнетагильский завод металлоконструкций (ЗМК), который в советские времена создавался и использовался для изготовления стартовых ракетных комплексов. Завод имеет необходимое оборудование и производственные площади. Сборку эстакады и выполнение сварочных работ могут выполнить высококвалифицированные сварщики нижнетагильского федерального государственного унитарного предприятия производственного объединения «Уралвагонзавод» им. Ф.Э.Дзержинского (ФГУП «ПО» УВЗ»). Эстакаду предлагается построить справа от взлетно-посадочной полосы от вершины безымянной высоты 268 в общем, направлении на юго-восток в места где отсутствует любая инфраструктура на протяжении примерно 600 километров.
Стартовая платформа представляет собой железнодорожную конструкцию с электроприводом грузоподъемностью 600 тонн, передвигающуюся по эстакаде со скоростями до 300 км/час. Проектные работы могут выполнить конструкторские бюро ФГУП «ПО «УВЗ». Изготовить такую негабаритную стартовую платформу в России сможет только ФГУП «ПО «УВЗ», на котором имеется вагоностроительный завод и уникальное металлообрабатывающее оборудование на танкостроительном заводе. По площади производственных помещений ФГУП «ПО «УВЗ» занесен в книгу рекордов Гиннеса.
Криогенные заправочные комплексы, начиная с «гагаринского старта» и заканчивая «Морским стартом», в СССР и России традиционно изготавливаются на криогенном производстве (цех 250) ФГУП «ПО «УВЗ».
Завод по производству криогенных компонентов ракетного топлива (кислорода и водорода) в Нижнем Тагиле имеется, это крупнейшее в Европе кислородное производство НТМК. Причем сегодня водород является отходом производства этого завода.
Монтажно-испытательные корпуса требуемого размера имеются в уже упоминавшемся поселке Сокол на некотором удалении от взлетно-посадочной полосы. Корпуса сменили хозяев, но раньше это были сборочные цеха военного авиаремонтного завода.
Жилой городок специалистов имеется, конечно, потребуется его расширение, но, тем не менее, после сокращения ракетной воинской части в поселке Свободный (7 км от поселка Сокол) там имеется резервное жилье и главное специалисты знакомые со спецификой работы на космодроме. В ста с небольшим километрах от Нижнего Тагила расположен крупнейший научный и промышленный центр страны – город Екатеринбург. В планах развития этого города числятся жилой район Академический и Евразийский университет, одного этого достаточно для развития на базе Екатеринбурга серьезного технопарка. Если прибавить к этому близость космодрома, то создание технопарка с понятной специализацией становится обязательным.
Международный аэропорт, имеется – это первоклассный новейший аэропорт Кольцово города Екатеринбурга, лежащий в 140 километрах от предполагаемого района размещения космодрома. Аэропорт будет принимать не только гостей и специалистов, но и транспортные самолеты со спутниками, созданными в странах Заказчиках запусков. Потенциальными иностранными заказчиками станут Индия, Китай, ЕС, Япония и частично США. Кольцово расположено почти на равном расстоянии от потенциальных Заказчиков и в этом одно из его преимуществ.
В итоге анализа получилось, что оптимальным местом размещения космодрома является район города Нижний Тагил. В самом Нижнем Тагиле ведущим предприятием по разработке и строительству составных частей космодрома и всего стартового комплекса может стать ФГУП «ПО «УВЗ». ФГУП «ПО «УВЗ» это в недалеком будущем головное предприятие Уральского танкового холдинга, в состав которого войдут до 15 крупных предприятий ВПК.
Взял материал с сайта Отвага и несколько урезал.
