company_banner

Воздушно-космические самолёты: хоть в атмосфере, хоть в вакууме

    image

    В ближайшие годы тема воздушно-космических самолётов (ВКС) — летательных аппаратов, способных летать в космосе и атмосфере, — может обрести второе дыхание. С одной стороны, частные компании не оставляют попыток создать коммерческие аппараты для космического туризма. С другой стороны, развитие технологий приближает нас к вводу в строй воздушно-космических беспилотников, способных годами болтаться в космосе, прежде чем выполнить своё таинственное предназначение. К тому же наследие СССР в виде грузовых кораблей «Прогресс» перестаёт удовлетворять планам дальнейшего развития мирных космических программ. Так что не исключено, что в недрах российских военных и гражданских КБ уже вовсю идут работы по созданию ВКС. И хотя история не любит, когда её «сослагают», но помимо «Бурана» у нас было немало интересных проектов космолётов/космопланов, которые так и остались на бумаге. Вспомним некоторые из них.

    О терминологии: сегодня под космопланом подразумевают корабль, выводимый на орбиту с помощью своих двигателей и ракеты-носителя или самолёта-разгонщика. А космолёт — это корабль, достигающий космоса исключительно за счёт собственных двигателей.

    МАКСимка




    В начале 1980-х, за несколько лет до окончания работ над системой «Энергия-Буран», успешный запуск которой докажет работоспособность конструкции советского космоплана, был запущен в работу проект МАКС — многоразовой авиационно-космической системы. Оставалось ещё несколько лет до ввода в эксплуатацию станции «Мир». И вместо «Прогрессов» и «Союзов» многоразовые пилотируемые и автоматические корабли должны были доставлять на станцию и увозить с неё космонавтов, а также заниматься снабжением.



    В рамках МАКС было разработано три вида космопланов:

    • Беспилотный одноразовый МАКС-Т. Масса выводимого груза — до 18 т.


    • Беспилотный многоразовый МАКС-М.


    • Пилотируемый многоразовый МАКС-ОС-П. Длина — 19,3 м, размах крыла — 13,3 м, масса — 27 т.





    Для сравнения: «Буран» был длиной 36,4 м, имел размах крыльев 24 м и стартовую массу 105 т.

    В отличие от большого и тяжёлого «Бурана», выводимого на орбиту мощнейшей «Энергией», космопланы системы МАКС должны были выводиться одним из шедевров советской авиапромышленности — самолётом Ан-225 «Мрия». Это позволяло сильно удешевить запуски.





    К сожалению, несмотря на глубокую проработку проекта и постройку полноразмерных макетов, система МАКС стала жертвой распада страны.



    Оцените размеры макета топливного бака:



    «Маленькие, но по три»


    Через пару лет после начала работы над МАКС в НПО «Энергия» приступили к созданию целого семейства многоразовых пилотируемых кораблей. На проекте «Буран» были отработаны многочисленные идеи, которые легли в основу более компактных, а значит, и куда более дешёвых в эксплуатации кораблей семейства ОК: ОК-М, ОК-М1 и ОК-М2. Как и «Буран», они должны были выводиться в космос с помощью ракет-носителей.

    ОК-М имел аэродинамическую схему, аналогичную «Бурану» и МАКС-ОС, но его масса составляла всего 15 т при размахе 10 м и длине 15 м. Он должен был выводить в космос до 3,5 т груза либо четырёх космонавтов (ещё два человека — экипаж). ОК-М1 и ОК-М2 были вдвое тяжелее: масса 30—32 т, длина около 19 м, размах крыльев 12,5 м, масса груза — 7,2 и 10 т соответственно. Экипажи — по четыре человека.

    Варианты размещения на ракетах-носителях:



    ОК-М2:



    «Туполевы» в космосе


    В конце 1980-х — начале 1990-х КБ Туполева прорабатывало проект гиперзвукового орбитального бомбардировщика Ту-2000.





    Ту-2000 должен был взлетать и садиться самостоятельно и разгоняться до 20—25 Махов. Автономность орбитального полёта — одни сутки, с возможностью полёта в атмосфере с гиперзвуковой скоростью, способностью маневрировать на дозвуковых скоростях. Были разработаны проекты нескольких экспериментальных прототипов:

    • Три варианта ВКС Ту-2000А разных размеров (длина 26—55 м) для отработки атмосферных полётов.


    • Многоразовый пилотируемый ВКС со взлётной массой около 250—280 т (половина приходилась на топливо, жидкий водород) при длине до 75 м и размахе крыльев 28 м. Экипаж — два человека.



    Наконец, на основе ВКС продумывался и стратегический бомбардировщик Ту-2000Б с дальностью 10 тыс. км и взлётной массой 350 т. Его скорость на высоте 30 км должна была составить 6 Махов.

    Атомный «гурколёт»


    В 1970-х в одном из НИИ Минобороны прорабатывался проект монструозного космолёта с 10 гиперзвуковыми прямоточными воздушно-реактивными двигателями (ГПВРД) для полёта в атмосфере и ядерным реактивным двигателем для полёта в космосе. Он получил обозначение МГ-19 (Мясищев — Гурко, «гурколёт»).











    Преимуществом МГ-19 перед системой «Энергия-Буран», разработка которой тоже началась в 70-х, было отсутствие необходимости в ракете-носителе или самолёте для вывода. Циклопических размеров космолёт должен был самостоятельно взлетать, выходить в космос, выполнять необходимые работы и возвращаться на аэродром. При массе около 500 т это чудовище должно было выводить в космос до 45 т груза. Тем не менее проект закрыли на достаточно ранней стадии, вероятно, из-за излишне смелого замысла.

    РАКС


    РАКС — это российский аэрокосмический самолёт. Работы над ним начались в 1993 году. В рамках проекта создали гиперзвуковую летающую лабораторию «Холод», на которой была достигнута скорость 6,5 Маха.







    Затем был разработан экспериментальный гиперзвуковой летательный аппарат «Игла», на котором устанавливался ГПВРД и отрабатывались ещё более высокие скорости полёта — до М = 14.







    Дальнейшая судьба проекта РАКС туманна, информация крайне отрывочна, да и та в виде слухов. Вероятно, проект засекречен и сегодня на базе РАКС создаётся наш ответ Пентагону.

    Космический клипер


    Напоследок нужно упомянуть о проекте космического корабля «Клипер», который стартовал в 1990-х и был закрыт в 2006-м. Это был маленький многоразовый космоплан со стартовой массой 13—14,5 т, создававшийся в двух вариантах: крылатом и бескрылом. Он должен был использоваться и в пилотируемом, и в беспилотном вариантах, и предназначался для ротации космонавтов на космических станциях, перевозки грузов, исследовательских и туристических полётов.

    Способность «Клипера» маневрировать в атмосфере была бы довольно ограниченной в связи с малым размером крыльев. Получался баллистический полёт с возможностью коррекции. А уж о бескрылой модификации и говорить нечего — по сути, это просто капсула с парашютной системой посадки. При возвращении на Землю корабль должен был вмещать до шести человек (из них двое — члены экипажа) и до 700 кг груза.



    Анимационные гифы:



    Ряд наработок для «Клипера» должны использовать в создающейся сегодня «Федерации», но это будет корабль «классической» схемы: вывод в космос ракетой-носителем и баллистический возврат с парашютной посадкой.

    * * *

    Как упоминалось в начале, возможно, сейчас в российских частных и государственных КБ создаются новые проекты космопланов и космолётов. Однако это ОЧЕНЬ дорогие проекты, что хорошо иллюстрируют разработки NASA и частных американских корпораций. Но всё же хочется надеяться, что мы не упустим свои шансы в этой новой космической гонке.
    Метки:
    Mail.Ru Group 174,74
    Строим Интернет
    Поделиться публикацией
    Комментарии 46
    • +1
      О! Мэйл набрёл на «Гурколёт» )))

      buran.ru
      • 0
        Гурколёт впечатляет и поражает.
        • 0

          Не ясно, почему концепцию забросили. Здравая же идея — выйти за пределы атмосферы на хим. двигателях, всё равно основная часть топлива сжигается на разгон до 1-й космической, а не на подьём, а разгоняться уже не спеша нарезая круги на высоте в 100 км над Землёй, используя ЯРД и плавно повышать орбиту. Понятно что конкретно "Гурколёт" слишком огромен, но может современные технологии позволяют его сделать не таким монструозным.

          • +2
            Летающее хранилище радиоактивных материалов, с бонусом внезапного распыления оных в случае взрыва в атмосфере (что более чем вероятно, если посмотреть на опыт шаттлов). Очень здравая идея.
            • 0
              Если мы (человечество) планируем осваивать другие планеты, то нам придётся научитсья использовать энергию атома безопасно. На керосине на Марс — это почти как с пушки на Луну, в принципе, возможно, но доставить людей туда и обратно не получится. Я уже не говорю про колонизацию или хотя бы добычу ценных металлов на астероидах. Да и не так уж опасен «Гурколёт». Если запускать ядерный двигатель на достаточной высоте, то при его взрыве радиоактивные материалы рассеятся на огромную площадь и лишь слегка увеличат естественный фон. Плюс, можно запускать его над океаном (я так понимаю, запуск — самый рискованый этап работы ЯРД). При взрыве на старте или при прохождении плотных слоёв атмосферы (наиболее вероятная ситуация) свежее ядерное топливо не так уж и радоактивно, и оно не распылится (уран очень твёрдый и плотный), а упадёт цельным куском возле космодрома.
              • +1
                Я про обычный взрыв химического топлива, при полете в атмосфере. Ракеты достаточно часто взрываются. А при взрыве именно ядерного движителя, уран отнюдь не будет твердым, а прекрасно так рассеется в атмосфере. Не очень радиоактивное ядерное топливо — это в реакторах. А это чудо инженерной мысли должно летать фактически на оружейном иначе ба-баха для создания тяги не будет.
                Ядерные материалы (любые) крайне опасны, и «играться» с их помощью в освоение пространства, затея, как минимум не разумная.
                • 0
                  Я про обычный взрыв химического топлива, при полете в атмосфере. Ракеты достаточно часто взрываются. А при взрыве именно ядерного движителя, уран отнюдь не будет твердым, а прекрасно так рассеется в атмосфере.
                  При взрыве выключенного ядерного двигателя (а он должен «уметь» останавливать деление иначе расплавится в космосе) ничего не рассеется т.к топливо в нём холодное. Рассеяться топливо может только если взорвать работающий ЯРД, а включать его стоит на достаточной высоте (по сути, в космосе) и над морем.
                  Не очень радиоактивное ядерное топливо — это в реакторах. А это чудо инженерной мысли должно летать фактически на оружейном

                  Это да, я не учёл. Упадут сильно радиоактивные топливные пеллеты, но всё таки целые, без рассеивания.
                  Ядерные материалы (любые) крайне опасны
                  это да, но других источников энергии подобной мощности нет и судя по всему не предвидится.
            • 0
              Логичнее после включения ЯРД «отпустить» основную массу с химическими двигателями на Землю и не тратить энергию и рабочее тело на её разгон. То есть концепция многоступенчатых систем значительно выигрышнее.
              • 0
                Насколько я понял, тяга ЯРД не так велика как у обычного двигателя, поэтому придётся разгоняться постепенно, используя крылья в разрежённой атмосфере для удержания высоты. А запустить самолёт на ракете сложно с точки зрения компоновки и развесовки. Да и масса «химической» части должна быть не так и значима — она только для подьёма на высоту.
                • 0
                  Если ЯРД не сможет разогнать маленькую вторую ступень, то разгонять её вместе с гигантской первой тем более нет смысла. Достаточно посмотреть на Ан-224 и МАКС — отчётливо видно соотношение аэродинамической «первой ступени» и ракетной второй. Что было бы, если бы Ан-224 не отпускали на Землю, я тянули его на орбиту МАКСом?
                  • 0
                    Что значит не может разгонять? Не может разгонять вертикально — да, а под другим углом — может, почему бы и нет. На МАКС тут не при чём т.к большая часть его взлётного веса — бак с топливом, который (с рабочим телом) будет намного меньше для ЯРД.
                    • 0
                      бак с топливом да, но речь не о нём. Представьте, что вместо МАКС ступень с ЯРД. И зачем ей тянуть за собой огромную Мрию? Тот же вопрос — зачем тянуть на орбиту огромный гурколёт с баками, крыльями, шасси и пр., если достаточно маленькой крылатой ступени с ЯРД?
                      • 0
                        Наверное, Вы правы — городить ракетный самолёт, способный подняться на 100 км нет смысла, если возможно запустить крылатый космолёт с ЯРД как вторую ступень ракеты. К тому же первая ступень может быть довольно простой т.к от неё не требуется разгон до 2000 м/с.
                        Такой КА мог бы совершить революцию в космонавтике: удельный импульс РД-0410 (ядерный) — 900 секунд, а у РД-180 лишь 337 с. Жаль, что сейчас направление забросили, несмотря на то что это технологии 60-х годов, вполне реализуемые.
              • 0
                Потому что заключили договор о неиспользовании реакторов ниже 800 км.
                И вообще, ЯРД получается эффективней химического движка только при использовании водорода, а водородный бак тащить — то ещё удовольствие. Маленький бак весит в разы больше содержимого, а со спутниками в сотни тонн как-то не задалось.
                • 0
                  Потому что заключили договор о неиспользовании реакторов ниже 800 км.
                  Странный запрет. Независимо от высоты орбиты, реактор летит через всю атмосферу на ракете, которая может взорваться как раз в начала полёта. Да, «свежий» реактор не так радиоактивен, как «Б/У», но всё же.
                  со спутниками в сотни тонн как-то не задалось.
                  Мы же о космолётах говорим, которые как раз сотни тонн и весят (Шаттл, Буран). И с баком водорода шаттл летал, а для ЯРД водорода нужно меньше.

                  • 0
                    Странный запрет.
                    Считается что пока реактор не включен — он не опасен.
                    Мы же о космолётах говорим, которые как раз сотни тонн и весят
                    Ну вот гурколёт, который атомный — по проекту выводил 45 тонн. Делать его в единственном экземпляре — глупо.
                    И летать чтобы оправдать создание он должен часто — ну хотя бы раз в неделю. Итого 45*52*4 = 10000 тонн груза в год минимум. А куда нам столько?
                    • 0
                      Добавлю — для ЯРД водорода нужно где-то вдвое-втрое больше чем для «обычной» ракеты с той же ПН.
                      А вот кислорода ему совсем не надо — поэтому суммарная масса в разы меньше.
                      Вот только по экономическим характеристикам беда — стоимость топлива 0.1% от цены запуска, смысл его экономить?
                      • 0
                        Экономить не копеечное топливо, а массу КА. Насколько я понимаю, космическая техника такая дорогая и одноразовая из-за повсеместного облегчения (90-95% взлётной массы — топливо и окислитель). Двигатели с большим УИ могли бы позволить строить КА «по-самолётному», с запасом прочности на многократные полёты без дорогого обслуживания(как у Шаттлов). А хранение водорода — да, проблема.
                        • 0
                          Так не получается оно.
                          Гурколёт:
                          Стартовая масса — 500т, масса конструкции — 400т, в т.ч. масса хайтечных элементов — 200т
                          Обычная керосиновая ракета на ту же ПН
                          Стартовая масса — 1500т, масса конструкции — 150т, в т.ч. масса хайтечных элементов — 15т

                          Итого — килограмм ПН на гурколёте на порядок дороже.
                          • 0
                            Так гурколёт ведь не одноразовый.
                            • 0
                              Так тот же ФХ теперь тоже многоразовый планируется.
                              • 0
                                Частично, вторая же ступень одноразовая.
                                • 0
                                  Пока — да. Но есть планы и на её спасение.
                                  • 0

                                    В интервью перед первым пуском с 39а сказали, что для фальконов спасать верхнюю ступень больше не планируется, только на следующем поколении носителей.

              • +1
                Кстати, есть также термин SSTO — Single Stage To Orbit.
                На сегодня это одна из самых популярных целей в KSP.
                • 0
                  SSTO != АКС же.
                  • 0
                    RAPIER кстати имеет некий прототип SABRE
                    • 0

                      В стоковом KSP орбитальная скорость всего 2.2 км/с, там легко построить SSTO.


                      В земных условиях же гораздо перспективнее будет схема с гиперзвуковым разгонником в качестве первой ступени и орбитальным самолётом в качестве второй.


                      Но при нынешнем развитии технологий пока проще сделать ракету побольше.

                    • 0
                      «Флуггеры. Начало.» Поскорее бы уже. Кстати, про Skylon что-нибудь слышно? Или проект заглох?
                      • 0
                        Пилят вроде потихоньку. Недавно вон даже денег подняли на постройку полноразмерного прототипа двигателя.
                      • 0
                        Наверное правильнее линк «своё таинственное предназначение» в начале статьи поменять с Х-51 на X-37.
                        • 0
                          а ведь был еще иентересный проект под названием эпос. В железе есть в музее Монино
                          • +1
                            А почему а МАКС-М не симметричные крылья? Или они раскладные (типа — одно сложено, а второе нет)?
                            • 0
                              Это на картинке с рендером (где всё-таки МАКС-ОС-П)? Да, так и показаны два положения.
                              Оригинал с различимым текстом
                              image
                              • 0
                                Он нам крылышками помахал))).
                            • 0
                              Экономика мешает. Необходимость тащить на орбиту каждый раз лишний вес (крылья, они собственно имеют массу) вызывает дополнительный расход топлива. И пока на существующих двигателях это никак не обходится.

                              Самая сильная попытка была — это Шаттл, за счет многоразового использования экономически выйграть против лишнего расхода топлива. По расчетам получалось, в реальности не получилось, Шаттл получился дорогим. В Буране вообще особо экономику не считали, задача была победить Шаттл по техническим параметрам. И кстати. победили (плитки термозащиты, полностью автоматическая посадка и пр.).
                              • 0
                                Вероятно как-то неправильно считали: 30 лет полетов, 135 пусков (2 катастрофы) на 5 Шаттлов, плюс — третье место после Сатурн-5 и «Энергия» по грузоподъемности (которые одноразовые и в итоге куда более дорогие), рекорд численности людей одновременно пребывающих в космосе — за один пуск корабль выводит 25 тонн груза и до 8 человек экипажа.
                                Стоимость вывода 1 кг груза (в которую входит стоимость экипажа в т.ч.) у Шаттла находиться в районе 13-17 килобаксов. Для сравнения, у Союза — стоимость до 11 килобаксов, у Протона — до 13 килобаксов, у Ариана — до 15 килобаксов., Дельта — до 30 килобаксов, Falcon-9 до 12 килобаксов. Т.е. это даже не самый дорогой вид пусков — пуски Дельты обходятся дороже.
                                Понятно, что есть дешевые Зениты, Днепры, Рокотоы и прочие конверсионные ракеты (ну кстати никто не учитывает первичную стоимость и обслуживание МБР до конверсии), только вот ниши у них разные. Ясно шо выводить кубасаты на НОО с помощью Шаттла выглядит несколкьо глупо. Шаттл — это космический корабль, для которого актуальны задачи по выводу очень и обслуживанию больших грузовых, таких как вывод и последующий ремонт того же Хаббла, например. Научную ценность Хаббла так вообще все выбрасывают из расчетов, при этом без Шаттла — ни вывести на орбиту, ни отремонтировать, ни модернизировать Хаббл (всего 4 экспедиции) не получится. Да и модуль МКС «Рассвет» без Шаттла никак бы не смогли доставить и пристыковать.

                                Так что тут дело не в экономике. Вся история с Шаттлом отражает общую тенденцию деградации космической отрасли:
                                — нет запроса на доставку больших грузов (по типу Хаббла и Рассвета) на орбиту
                                — нет запроса на обслуживание больших спутников
                                — нет запроса на вывод и долговременное пребывание на КА сразу большой толпы людей
                                — откровенно говоря космос вообще никому не нужен, а выводить одноразовые спутники мы можем и на допотных ракетах
                                — банально некому строить новые Шаттлы, старые за 30 лет эксплуатации уже исчерпали свой ресурс, последний Шаттл был построен в 1991 году, кто и как будет восстанавливать их производство? Это наверное была главная проблема.

                                А экономически нецелесообразным был Буран — многоразовый КА, который выводила на орбиту здоровая и одноразовая «Энергия». Для полетов на Луну или там вывода охренно-больших космических модулей — она годится, а для вывода якобы «многоразового челнока» — нет, пшик. Вот МАКС действительно интересный проект, ключевое там это снижение порога вхождения — полеты там хоть и длительнее, зато с куда меньшими перегрузками, так что банально дешевле и проще выводить куда более хрупкий груз, чем на ракетах, да и не только забрасывать туда сверхлюдей-космонавтов.
                                • 0
                                  Вероятно как-то неправильно считали
                                  Да — каждый должен был совершить по сотне полётов, реально отлетали треть.
                                  Плюс оказалась практически невостребованной главная фича шаттлов — обслуживание и возврат спутников. Буквально по паре полётов для этого.
                                  Ну и полёт пилотируемого корабля в разы дороже из-за требований безопасности экипажа. Беспилотный упал и упал, страховку выплатили и всех делов.
                              • +2
                                Что-то мне это напоминает
                                • +2
                                  Вот я сижу и думаю если та же SpaceX захочет построить аналог клипера то она это сделает.
                                  И будет у них полноценная связка возврат первой ступени и возврат корабля по типу шатла.
                                  Но видимо технологии слегка не готовы. Класическая капсула пока даёт больший экономический эффект.
                                  Или вообще смелый вариант гибрид системы МАКС и их возвращаемой первой ступени.
                                  По типу их falcon heavy 3 первых ступени и корабль-вторая ступень с баком.
                                  В теории получается как у шатала меняем только бак. Думаю это реализуем на нашем уровне техники.
                                  Но не даёт пока это схема стоимости вывода как классика иначе думаю SpaceX её бы и применила.
                                  Но для Марса она очень хороша.
                                  • 0

                                    ITS вообще планируется полностью многоразовым — большой возвращаемый ускоритель в роли 1 ступени и большой возвращаемый корабль в роли 2, баки которого являются частью фюзеляжа и никуда не выбрасываются.


                                    Возможно, будет уменьшенная версия для работы на околоземной орбите.

                                  • +1

                                    Исправление:
                                    МАКС-ОС-ОП — пилотируемый частично многоразовый (бак отделяется и сгорает)
                                    МАКС-Т — беспилотный одноразовый
                                    МАКС-М — беспилотный полностью многоразовый
                                    Зря не упомянута главная фишка — уникальный трёхкомпонентный двигатель, кислород-керосин-водород.


                                    Ну и бескрылый Клипер от Энергии и все капсулы, кроме сферических, всё-таки осуществляют не чисто баллистический спуск.

                                    • –1
                                      Самолёты с крыльями в космосе это гемор. Максимум на что они сгодятся это суборбитальная доставка очень небедных пассажиров из Абу-Даби в Сан-Пауло быстро, без особого комфорта. При этом звуковой барьер они должны проходить над морем. Можно ещё пугать друзей за океаном ядерным оружием но эта задача решается более простыми техническими решениями.
                                      Для доставки грузов на орбиту нужны экологически чистые ракеты которые могут вернуться на землю в исправном состоянии (не обязательно одним куском), желательно для приземления использовать ту же самую силовую установку.

                                      Для освоения солнечной системы человекам нужно сначала найти там что-нибудь полезное, например титан-платина, компоненты топлива и т.д., научится это добывать и перерабатывать в больших количествах в космосе, посторить инфраструктуру на орбите Земли, построить космический, заатмосферный транспорт на чём-то получше чем химия. Между поверхностью Земли и орбитой имхо ничего лучше чистой химии (метан, водород, керосин) не стоит использовать.

                                      Кэп
                                      • 0
                                        Если не использовать ЯРД, то Вы правы. На химии ничего лучше многоступенчатой ракеты (с многоразовыми ступенями) вряд-ли можно построить.
                                      • 0
                                        Многоразовость в космосе на данном этапе развития материаловедения не оправдана.
                                        • –1
                                          А про «Спираль» где?.. про несчастные никому не нужные Бураны есть…

                                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                          Самое читаемое