На закорках в космическое пространство. Мини-Shuttle от компании Boeing

Данный материал был переведен уважаемым коллегой NF и немного доработан мной. Перевод был выполнен в мае 2014 года.

После того как противостояние ведущих мировых держав в области вооружений уже невозможно было удержать, и гонка вооружений распространилась и на космическое пространство, в США было решено организовать отдельное командование, которое по своему значению находилось бы на одном уровне со стратегическим командованием (SAC) или командованием в Европе (USAFE).

В этом командовании координировалась вся военная деятельность США в космическом пространстве и нет ничего необычного в том, что одной из первых «изготовленных на заказ» систем вооружения, предложенных данному командованию и ВВС США, как, например, Air-Launched Sortie Vehikle (ALSV) – мини-Shuttle, представляющий собой совместную разработку концернов Boeing и Pratt & Whitney.

Созданию подобной системы вооружений в космическом пространстве предшествовали следующие соображения: использование глобальной системы вооружений требовало соответствующей глобальной системы связи и наблюдения. Для выполнения обоих этих требований в распоряжении вооруженных сил США имелась только система разведывательных спутников и спутников связи. Эти спутники уже в мирное время должны были находиться в космическом пространстве или же в случае возникновения кризиса данные спутники должны быть помещены на соответствующие орбиты. Последнее представляло собой проблему, поскольку современные средства доставки спутников на орбиту не могли вывести на орбиту необходимое их количество в кратчайшие сроки; средства доставки не были «гибкими» и были очень уязвимы к воздействию противника. К этому времени США имели только два пункта, приспособленных для вывода на орбиты спутников: мыс Канаверал и Вандерберг (Vandenberg). К тому же количество одноразовых ракет-носителей было ограничено. Космическая система многоразового использования Space Shuttle была слишком сложной и большой для выполнения большинства задач, выполняемых в интересах вооруженных сил. Наземная составляющая этой системы так же была очень большой и крайне уязвимой.

В качестве решения данной проблемы был предложен мини-Shuttle, способный стартовать в космическое пространство с модифицированного самолёта типа Boeing-747 и поначалу могущий использовать уже имеющиеся программное обеспечение и технологии Space Shuttle.

Для реализации этой концепции не требовалось слишком больших изменений в конструкции Boeing-747. В хвостовой части самолёта была установлена силовая установка Rocketdyne Triebwerk SSME (Space Shuttle Main Engine) с тягой 1819 кН. Направление оси тяги этого дополнительного двигателя совпадало с положением центра тяжести сцепки, что позволило нагрузки на органах системы управления неизменными. Задняя герметичная перегородка самолёта полностью воспринимала все дополнительные нагрузки, возникающие в результате работы дополнительной силовой установки. В фюзеляже Boeing-747 были установлены ёмкости с двойными стенками с вакуумной изоляцией, в которых размещалось примерно 110 тонн жидкого водорода и кислорода. На фюзеляже самолета было установлено приспособление для крепежа ALSV и его сбрасываемого топливного бака.

Орбитальный летательный аппарат ALSV весил примерно 19 тонн что составляло примерно 1/10 от веса Space Shuttle. Силовой установкой служили девять двигателей, представляющих собой усовершенствованный вариант двигателей Pratt & Whitney RL-10 Centaur, развивавших тягу 66,7 кН. Семь двигателей были объединены в единый блок, по одному двигателю располагались справа и слева от основного силового блока. Сам ALSV представлял собой летательный аппарат почти без несущих поверхностей, что было испытано в 1973 году на заказанном USAF научно-исследовательском самолёта Martin X-24 B. Самолёт оснащался специальными датчиками или мог нести полезную нагрузку.

Применение сцепки Boeing-747/ALSV должно было выглядеть следующим образом: 

1. Самолёт-носитель с выводимым на орбиту летательным аппаратом может базироваться на любом подходящем аэродроме, находясь в постоянной готовности к старту. Жидкие водород и кислород при нахождении самолёта на земле должны соответствующим образом охлаждаться. Во время выполнения полёта на больших высотах охлаждение ёмкостей должно осуществляться за счет низкой температуры за бортом самолёта. После приказа на взлёт самолёт-носитель с орбитальным летательным аппаратом (далее сцепка) благодаря системе дозаправки в полёте теоретически могут достичь любой точки на поверхности земного планеты;
2. Сцепка должна набирать высоту в 6700 метров, жидкие кислород и водород должны перекачиваться из внутренних ёмкостей Boeing-747 в баки ALSV. При температуре за бортом примерно -55°C испарение топлива и окислителя из предварительно охлаждённых баков будет снижаться до приемлемого уровня. Сцепка после этого ложилась на необходимый для определённого наклона орбиты курс.
3. Под углом в 60° сцепка при помощи дополнительного ракетного двигателя, расположенного в хвостовой части Boeing-747, должна набрать высоту 11300 метров.
4. При достижении этой высоты должны запускаться ракетные двигатели ALSV, служащие для управления орбитальным летательным аппаратом, и ALSV вместе со сбрасываемыми баками должен отсоединиться от самолёта-носителя. На безопасном от самолёта-носителя расстоянии должны запуститься семь основных двигателей силовой установки. При помощи этих ракетных двигателей ALSV должен достичь низкой орбиты, где на высоте примерно 110 км сбрасываемые баки отсоединятся от ALSV и сгорят в плотных слоях атмосферы.
5. Орбитальный летательный аппарат должен далее продолжать набирать высоту. Топливо, которое при этом расходовалось бы, должно было находиться во внутренних баках.
6. Летательный аппарат должен иметь возможность оставаться некоторое время на орбите, варьируя высоту полёта.
7. После выполнения задания летательный аппарат должен садиться на аэродром как обычный самолёт.

Считается, что данная концепция позволит летательному аппарату через 90 минут после получения приказа стартовать с самолёта-носителя и достичь любой точки земного шара!

В компаниях Boeing и Pratt & Whitney считают, что концепция ALSV при выделении необходимых средств может быть реализована в течении 4-5 лет. В обеих компаниях считают, что технический риск при реализации данного проекта был сравнительно небольшой, поскольку в ходе работ по данной программе можно использовать ранее опробованные технологии.

у компании Boeing в 1963 году имелся проект похожего летательного аппарата X-20 Dyna Soar, имевшего размеры аналогичные тем, что имеет Мини-Shuttle. Данный летательный аппарат должен был выводиться на орбиту при помощи ракеты-носителя Titan II. Сегодня конструкторы с удивлением выяснили, что многие идеи, заложенные в ранее разрабатываемом летательном аппарате Dyna Soar, и сегодня не потеряли своей актуальности. На чертежах изображен старт ракеты-носителя Titan II с летательным аппаратом Dyna Soar и отсоединение летательного аппарата от последней ступени ракеты-носителя

в США в 1960-е годы при работах над рядом подобных небольших летательных аппаратов был получен практический опыт. На данном снимке один из выше указанных летательных аппаратов Northrop/NASA M2-F2 во время приземления в пустыне Мохаве

источник: Peter Preylowski «Huckepack ins All. Mini-Shuttle von Boeing» Luftfahrt international 2/83