Понятно, что и по ту сторону границы конструкторская мысль не стоит на месте. Периодически появляются проекты и программы, призванные так или иначе заменить в отдаленной перспективе систему «Спейс Шаттл». О некоторых из этих проектов я и расскажу в этой главе.

Программа «РЛВ» («RLV» — сокращение от английского «Reusable Launch Vehicle», «Космический корабль многоразового использования») осуществляется в тесной кооперации НАСА с аэро-космической промышленностью США. С помощью технологии «Одной ступенью на орбиту» («Single-Stage-To-Orbit») намечается существенно снизить стоимость вывода полезной нагрузки на орбиту (до 2000 долларов за килограмм) и тем самым увеличить конкурентоспособность космических носителей на мировом рынке ракетно-космических услуг.

Программа была поддержана на самом высоком уровне — в 1996 году ее представил публике сам вице-президент США Эл Гор во время торжественной церемонии в Лаборатории реактивного движения, а администратор НАСА Дэн Голдин тогда же продемонстрировал модель перспективного летательного аппарата.

Итогом программы должно было стать создание к 2004 году корабля многоразового использования «Вентура Стар» («Venture Star») конструкции фирмы «Локхид-Мартин». Согласно проекту он способен выводить на околоземную орбиту полезный груз массой 22,5 тонны.

Габариты космического корабля «Вентура Стар»: длина — 54 метра, размах крыла — 60 метров, высота — 16,8 метра.

Стоимость разработки «Вентура Стар» оценивается в 5 миллиардов долларов.

Одной из основных особенностей проекта является использование линейного ЖРД с внешним расширением.

В то время как сопло обычного ЖРД оптимизировано для определенного режима работы и не может одинаково эффективно работать в широком диапазоне высот и давлений — от старта до выхода на орбиту, линейный двигатель использует атмосферу как часть сопла и поток воздуха сам оптимизирует факел. Линейный ЖРД позволяет осуществлять управление вектором тяги в одной плоскости без отклонения его оси путем создания разности тяги верхней и нижней половин, что позволяет отказаться от его подвижной подвески. К тому же линейный ЖРД на 75 % меньше обычного с диалогичной тягой, что еще более снижает массу двигателя, корабля и топлива, уменьшая стоимость вывода полезной нагрузки.

Эта схема разрабатывается фирмой «Рокетдайн» с середины 60-х годов. «Рокетдайн» предложила такой ЖРД для использования на космическом корабле «Спейс Шаттл», но двигатель был отвергнут, так как технологию признали слишком «незрелой». С тех пор специалисты фирмы выполнили 73 лабораторных и наземных испытательных запуска, во время которых двигатель проработал более чем 4000 секунд.

«Рокетдайн» потратила 500 миллионов долларов для улучшения технологии ЖРД.

Летательный аппарат создавался в рамках программы «РЛВ» как атмосферный аналог космического корабля «Вентура Стар» и демонстратор заложенных в него технических концепций.

Конструктивно «Х-33» является уменьшенной вдвое моделью «Вентура Стар». Он в девять раз легче, а стоимость разработки в четыре раза меньше.

Габариты «Х-33»: длина — 25,3 метра, размах крыла — 28 метров, высота — 8,2 метра.

Фирма «Локхид-Мартин» получила от НАСА контракт на постройку «Х-33» в июле 1996 года. НАСА планировало потратить на этот проект 941 миллионов долларов, фирма «Локхид-Мартин» собиралась инвестировать в него еще как минимум 220 миллионов.

«Х-33» не планировалось выводить на орбиту. Он должен был провести серию полетов в атмосфере над западной территорией США для проверки работы всех систем. Было намечено 15 испытательных полетов. Стартуя вертикально с авиабазы Эдварде в Калифорнии, «Х-33» должен достигать скорости 15 Махов на высотах до 100 километров.

Строительство Центра испытательных полетов «Х-33» началось в ноябре 1997 года и было завершено в соответствии с предварительными планами через 12 месяцев, без перерасхода средств — на строительство было выделено 32 миллиона долларов.

В 1997 году началась серия испытаний линейного ЖРД в полете со скоростью от 0,8 до 3 Махов на высотах от 6 до 24 километров. На летающей лаборатории НАСА «SR-71 #844» был установлен контейнер «Linear Aerospike SR-71 Experiment» длиной 12,3 метра, который представляет собой модель «Х-33» в масштабе 1:10 с восемью секциями двигателя и измерительным оборудованием общим весом 5,8 тонны. Имеющегося топлива хватает для 2–3 секунд работы двигателя с тягой до 2800 килограммов.

Первый полет космического корабля «Х-33» запланировали на март 1999 года. Потом старт был отодвинут на июль, декабрь, а затем — на середину 2000 года. Первая отсрочка была вызвана недостаточной надежностью крепления друг с другом деталей V-образного сопла линейного ЖРД XRS-2200, которые должны выдерживать высокую температуру.

Последний раз полет был отложен из-за проблем со сборкой топливного водородного бака. В декабре 1998 года во время испытаний при высокой температуре внутренняя стенка одного из двух баков для жидкого водорода потеряла герметичность.

Ракетный самолет Х-34 создавался в рамках программы «РЛВ» для проверки выполнимости запуска небольших коммерческих и научных полезных грузов на борту «Вентура Стар».

В июне 1996 года компания «Орбитал Саенсес Корпорейшен» («Orbital Sciences Corporation») получила контракт на 60 миллионов долларов на проектирование, создание и испытания Х-34.

Х-34 должен был летать при любых погодных условиях, приземляться в автономном режиме и иметь необходимые средства аварийной эвакуации экипажа. Запуск его предполагалось осуществлять с помощью самолетов L-1011, а после набора необходимой высоты должен был включаться собственный ракетный двигатель Х-34, разгоняющий аппарат до скорости 8 Махов и высоты в 75 километров.

Габариты Х-34: длина — 17,78 метра, размах крыла — 8,45 метра, высота — 3,5 метра.

Согласно предварительному контракту предусматривалось только два испытательных полета но уже тогда было понятно, что, возможно, потребуются и дополнительные испытания.

В конце 1998 года НАСА и «ОСК» договорились о проведении 25 дополнительных испытательных полетов Х-34.

В марте 1999 года закончились полномасштабные испытания двигателя для Х-34 на стенде Космического центра имени Стенниса в Миссисипи. Двигатель «Fastrac», разработанный в космическом центре НАСА имени Маршалла проработал в течение 20 секунд. Тяга составила 267 тонн. Двигатель, использующий керосин и жидкий кислород, оказался очень экономичен. Перед установкой на Х-34 планировалось провести до 85 испытаний двигателя «Fastrac».

Однако 1 марта 2001 года НАСА объявило о прекращении финансирования работ в рамках программ Х-33 и Х-34.

Еще за год до этого многим стало ясно, что НАСА не справляется с проектом, переоценив возможности современных технологий. Так, газета «Вашингтон Пост» сообщала своим читателям, что программа Х-33 увязла в проблемах и «слишком амбициозна». Невысокие характеристики линейного ЖРД, неустойчивость клинообразного летательного аппарата при разных скоростях полета, а также «перебор» по массе конструкции буквально замучили проектантов.

Сильнейшая оппозиция программе со стороны других подрядчиков, ведущих альтернативные разработки, в конце концов вынудила НАСА принять решение: программа «РЛВ» была закрыта в пользу конкурентных проектов.

В 1999 году между авиакомпанией «Боинг» и НАСА было подписано соглашение о строительстве и тестировании небольшого космоплана Х-37, предназначенного для испытания технологий, которые предполагается использовать в космических кораблях многоразового использования нового поколения.

Воздушно-космический корабль Х-37, ранее известный под названием «Future-X Pathfinder», проведет серию испытательных полетов в атмосфере и в космосе для проверки более сорока технических новинок в конструкции корпуса аппарата, в реактивном двигателе, системе теплозащиты двигателя, составе топлива и других системах. Предполагается, что новый корабль будет более безопасным и надежным, чем «Спейс Шаттл». При этом планируется снизить стоимость вывода в космос одного килограмма полезной нагрузки с 25 тысяч долларов до 2,5 тысячи.

Х-37 представляет собой небольшой космоплан длиной 8,3 метра, с размахом крыла 4,5 метра.

На этапе воздушных испытаний космоплан будет подниматься в воздух на самолете К-52. На этапе орбитальных полетов его выведет в космос «Спейс Шаттл» или баллистическая ракета. Предполагается, что космоплан проведет на орбите около трех недель.

В мае 2000 года с завода корпорации «Боинг» на полигон Летно-исследовательского центра НАСА имени Драйдена был доставлен масштабный макет экспериментального космоплана Х-37.

Размеры макета, который получил название Х-40А, составляют 85 % от размеров Х-37. Макету предстоит серия наземных и воздушных испытаний, в том числе десантирование с вертолета для проверки систем навигации и управления, которые будут использоваться в Х-37.

Космоплан Х-38, известный также под обозначением Х-35 и X–CRV, представляет собой прототип спасательной «шлюпки» для экипажа Международной космической станции (МКС). Он может быть использован и в качестве транспортного корабля, выводимого в космос ракетойносителем «Ариан-5» («Ariane 5»).

Разработка космической спасательной «шлюпки» началась еще в 70-х годах. Современный ее вариант основывается на конструкции челнока Х-24А (его мы обсуждали в главе 8). Главной «изюминкой» нового проекта является использование параплана в качестве тормозящего и посадочного средства. Параплан позволяет осуществить управление посадкой с возможностью бокового маневра на дальность до 1300 километров.

Первые испытания параплана состоялись в 1996 году, а первые полеты Х-38 на подвеске самолета В-52 начались в феврале 1997 года.

Спасательный космоплан Х-38 не имеет собственных двигателей и представляет собой летательный аппарат с несущим корпусом. Возвращение на Землю будет проходить по той же схеме, как и возвращение «Спейс Шаттла». И только на завершающем этапе будет выпускаться параплан. На Х-38 не будет ручного управления — процедура входа в атмосферу и спуск предполагается полностью автоматизировать.

Габариты Х-38: длина — 8,7 метра, максимальный диаметр — 4,4 метра, полная масса — 8163 килограмма. Количество спасаемых астронавтов — 6 человек. Система жизнеобеспечения рассчитана на четыре дня. Продолжительность эксплуатации в качестве модуля МКС — 4000 дней.

Испытания демонстрационной модели космоплана Х-38 проводились в Летно-исследовательском центре НАСА имени Драйдена, расположенном на территории базы ВВС Эдвардс (штат Калифорния).

В марте 1998 года первую модель постигла неудача: во время самостоятельного полета парашют-крыло был поврежден и Х-38 разбился. После этого было принято решение об укреплении его конструкции. Уже в феврале 1999 года вторая модель, получившая условное обозначение V-132, была готова к испытаниям. От предшественницы новая модель отличается еще и тем, что на ней установлена активная система управления полетом, которая позволит Х-38 выполнять маневры во время спуска.

Первый самостоятельный полет второй модели состоялся 6 февраля 1999 года. Х-38 отделился от самолета-носителя В-52 на высоте 6700 метров. Несколько минут он находился в свободном полете, после чего над ним раскрылся параплан, и через 12 минут Х-38 приземлился.

Борьба за контракт на производство Х-38 развернется, видимо, между компаниями «Боинг» и «Локхид-Мартин».

Полностью проверенный и готовый к использованию спасательный аппарат предполагается разместить на МКС в 2003 или 2004 году. Он будет пристыковыван к ее внешней поверхности и использован только для экстренной эвакуации экипажа, когда не будет времени дожидаться прилета «Спейс Шаттла». Пока же роль «спасательной шлюпки» на Международной космической станции исполняет российский космический корабль «Союз».

Тема аэро-космических систем многоразового использования интересует не только НАСА и министерство обороны США — конструкторы других стран мира предлагают не менее интересные проекты перспективных космических кораблей, которые могли бы заменить «Спейс Шаттл».

Среди ранних разработок в этой области можно отметить, например, проект французской фирмы «Шекма» («SHECMA»). В конце 60-х годов эта фирма разрабатывала двухступенчатый транспортный космический корабль по схеме «воздушный старт».

Тяжелый самолет-носитель (первая ступень) имел силовую установку, включающую четыре ТРД и четыре турбопрямоточных реактивных двигателя на керосине. Было предусмотрено дополнительное впрыскивание криогенных компонентов.

Силовая установка орбитального самолета (вторая ступень) состояла из шесть двигателей, работающих на жидких кислороде и водороде. Четыре силовых двигателя имели тягу по 35 тонн, два двигателя управления — по 700 килограммов.

Планировалось, что разделение ступеней будет происходить при скорости полета 7 Махов на высоте 35 километров.

После этого самолет-носитель возвращается к месту старта, а орбитальная ступень по траектории, близкой к баллистической, выводится на рабочую орбиту.

В 1976 году Французский Национальный Центр космических исследований (CN ES) разработал свой первый проект создания пилотируемой транспортной системы, получивший название «Гермес» («Hermes»). Промышленная разработка осуществлялась параллельно фирмами «Аэроспасьяль» и «Дасо-Авиасьон».

На конференции Европейского Космического агентства, проходившей в Риме в 1985 году, Франция проинформировала партнеров о своем намерении начать осуществление этого проекта. Два года спустя собравшиеся в Гааге представители агентства согласились сделать проект общеевропейским.

Многоразовый космический корабль «Гермес» представляет собой воздушно-космический самолет с низкорасположенным крылом большой стреловидности в плане, выполненный по аэродинамической схеме «бесхвостка».

Как и у других известных воздушно-космических самолетов, крыло имеет тупую лобовую кромку с большим радиусом закругления и оснащено односекционными элевонами. Законцовки крыла плавно переходят в концевые шайбы, являющиеся по сути разнесенным двухкилевым оперением, оснащенным рулями направления. В задней части фюзеляжа установлен ставший уже традиционным для таких аппаратов балансировочный щиток.

Теплозащита использует апробированные теплоизоляционные материалы нескольких типов, расположенные на корпусе в соответствии с максимальными рабочими температурами поверхности. В зонах наибольшего нагрева (более 1400 °C) предполагалось использование углеродных композиционных материалов на основе углеродной матрицы, в других местах — теплозащитные плитки на основе карбида кремния и гибкие теплозащитные покрытия.

Процесс выбора облика воздушно-космического самолета протекал долго и трудно — несколько раз проект коренным образом пересматривался. Однако и последняя версия «Гермеса» не является оптимальной. Конструкторам так и не удалось полностью скомпоновать многоразовый космический корабль: из-за жестких весовых лимитов выбранной схемы целый ряд систем, используемых в орбитальном полете, пришлось вынести в одноразовый, сбрасываемый перед спуском с орбиты ресурсный модуль, играющий роль своеобразного служебно-агрегатного отсека. Этот же ресурсный модуль должен использоваться в качестве шлюзовой камеры при выходах членов экипажа в открытый космос. Таким образом, назвать корабль «Гермес» многоразовым, как «Спейс Шаттл» или «Буран», нельзя.

К недостаткам воздушно-космического самолета «Гермес» можно отнести и отсутствие негерметичного отсека полезного груза, что серьезно снижает возможности использования самолета для транспортных операций; таким образом габариты доставляемого на орбиту груза ограничены размерами (просветом) люка стыковочного узла. После катастрофы корабля «Челленджер» проект подвергся коренной переработке — количество членов экипажа было сокращено до трех, каждое рабочее место предусматривало оснащение катапультируемыми креслом, разработанным на основе катапультируемого кресла «К-36» корабля «Буран».

Выведение «Гермеса» на орбиту планировалось осуществлять ракетой-носителем «Ариан-5», запускаемой с космодрома Куру во Французской Гвиане. В стартовом положении он размещается сверху носителя. Боковая дальность при возвращении корабля на Землю с орбиты должна составить 1500–2000 километров. Полная масса орбитального корабля — 21 тонна, сухой конструкции — 13,9 тонны. Полезный груз может весить 3 тонны.

Благодаря широкому сотрудничеству в космической области между Советским Союзом и Францией французы в своем проекте широко использовали советский научно-технический задел. В частности, отряд французских «спасьонавтов» прошел полный курс обучения по методикам полетов на воздушно-космических самолетах. В системе теплозащиты «Гермеса» предполагалось использовать покрытия, разработанные для «Бурана». Французами использовались советские методики гиперзвуковых аэродинамических расчетов.

В первой половине 90-х годов проектанты «Гермеса» зашли в тупик: с одной стороны им не удалось уложиться в жесткие весовые лимиты, с другой — в процессе проектирования ракеты «Ариан-5» расчетная масса выводимой полезной нагрузки постоянно уменьшалась и в конечном итоге стала ниже допустимой для вывода воздушно-космического самолета на орбиту. Возникла необходимость перепроектировать «Гермес», что требовало дополнительного финансирования. Однако денег не нашлось, и проект был закрыт.

В 1965 году британские конструкторы предложили проект трехэлементного воздушно-космического корабля «Мустард» («Mustard»), предназначенного для вывода полезного груза массой около 3 тонн на полярную орбиту высотой около 550 километров.

«Мустард» состоит из трех пилотируемых ступеней, аналогичных по конструкции и геометрическим размерам Масса каждой ступени около 137 тонн. Одна из ступеней выводится на околоземную орбиту, а две другие выполняют функции разгонных и являются носителями топлива.

Промежуточная орбита высотой 185 километров используется для запуска орбитальной ступени на расчетную орбиту, а также при сходе аппарата с орбиты перед входом в плотные слои атмосферы.

После выполнения своих функций ступени входят в атмосферу аналогично самолету и возвращаются в район старта.

Двигательная установка каждой ступени состоит из четырех ракетных двигателей, работающих на жидких водороде и кислороде. Кроме того, для возвращения в район старта на ступенях устанавливаются турбореактивные двигатели, также работающие на криогенном топливе. Центральный бак для жидкого кислорода выполнен из стали, а баки для жидкого водорода — из титана. Между баком жидкого водорода и нижней поверхностью конструкции ступени проложена изолирующая прокладка.

Проблема балансировки ступени в зависимости от вида полезного груза решается путем соответствующей загрузки двух грузовых отсеков, один из которых расположен внизу под отсеком экипажа, а другой — в зоне силового каркаса крепления двигателя между баком окислителя и двигателями.

Первый отсек предполагается использовать при полете на орбиту, а второй — при возвращении ступени с орбиты.

Двигательные установки всех трех ступеней при старте включаются одновременно. При этом возможны два варианта питания ступеней топливом. По первому варианту разгонные ступени питают топливом двигательную установку ступени, предназначенной для выхода на орбиту. По второму варианту двигательные установки всех трех ступеней работают на топливе из своих баков, выводят аппарат на орбиту высотой 55,5 километра при скорости 2 км/с.

Во время непродолжительного полета в баки ступени, предназначенной для выхода на орбиту, перекачивается топливо из разгонных ступеней, что приводит к некоторой потере скорости. Однако в конструктивном отношении вариант перекачки является более простым, чем подача топлива в орбитальную ступень с момента пуска. После разделения трех ступеней обе разгонные ступени входят в атмосферу и разворачиваются в направлении к месту пуска. При дозвуковой скорости полета запускается ТРД и ступень совершает полет к месту посадки. Дальность полета на крейсерском режиме достигает 600 километров.

На третьей ступени, после ее отделения, повторно включается двигательная установка, и ступень осуществляет полет на расчетную орбиту. Для маневрирования на орбите в баках имеется дополнительный запас топлива.

После выполнения задания (встречи и стыковки на орбите и осуществления необходимых погрузочно-разгрузочных операций) ступень тормозится до требуемой скорости. Затем происходит слив остатка топлива из специальных баков и ступень возвращается на Землю. Угол атаки при входе в атмосферу составляет приблизительно 40°.

В зарубежной печати сообщалось, что стоимость трехэлементного корабля «Мустард» сравнительно невысока, так как все три ступени аналогичны по конструкции.

Как полагают специалисты, до проведения первого капитального ремонта разгонные ступени можно использовать до 200 раз, а орбитальную ступень — до 25 раз.

Работы по программе «ХОТОЛ» («HOTOL») были начаты в 1982 году, когда английские фирмы «Бритиш аэроспейс» и «Роллс-Ройс» в инициативном порядке провели поисковые проектные исследования по одноступенчатым аппаратам с горизонтальными взлетом и посадкой и по маршевым двигателям для них. В результате был предложен проект многоразового беспилотного аппарата «ХОТОЛ», основными назначениями которого являются выведение спутников на низкую орбиту и материально-техническое обеспечение космической станции, включая доставку космонавтов в пилотируемой капсуле, размещаемой в грузовом отсеке.

Высокая экономичность системы «ХОТОЛ» достигается за счет исключения из его конструкции элементов и систем одноразового использования и сокращения затрат на предполетные операции. Значительную экономию эксплуатационных расходов дает практически полная автономия полетных операций, обеспечиваемая бортовыми радиоэлектронными системами.

Габариты беспилотного орбитального самолета «ХОТОЛ»: длина — 62 метра, размах крыла — 20 метров, диаметр фюзеляжа — 5,7 метра, взлетная масса — 250 тонн, посадочная масса — 34–47 тонн, масса полезного груза на орбите высотой 300 километров — 11 тонн.

Предполагается, что стартовать «ХОТОЛ» будет либо с разгонной аэродромной тележки, либо с самолета-носителя.

Длина взлетной полосы — от 2,3 до 4 километров. Эксплуата ционный ресурс — 120 полетов.

Особый интерес в конструкции орбитального самолета «ХОТОЛ» представляет маршевая кислородно-водородная двигательная установка «HOTOL RB454», способная функционировать последовательно в режимах воздушно-реактивного и жидкостного двигателей. С момента старта и до высоты 28 километров (скорость — 5 Махов) в течение 9 минут двигатель работает в режиме воздушного с использованием атмосферного воздуха, сильно охлажденного бортовыми средствами, а затем, до высоты 90 километров, — в режиме жидкостного двигателя. Довыведение полезного груза на расчетную орбиту осуществляется с помощью кислородно-водородной двигательной установки орбитального маневрирования.

Главным новым элементом маршевого двигателя является крупногабаритный теплообменник, примыкающий к задней части воздухозаборника. В теплообменнике происходит глубокое охлаждение поступающего в двигатель воздуха за счет запаса холода в жидком водороде, что позволяет продлить работу двигателя в режиме воздушно-реактивного до скорости 5 Махов. Обычные турбореактивные двигатели имеют предельное значение скорости — 3 Маха. Повышение плотности воздушного потока позволяет уменьшить габариты турбокомпрессора. Нагретый водород используется для привода турбины. Кроме того, увеличивается теплосодержание водорода как горючего, компрессор повышает давление воздуха приблизительно до 140 атмосфер. Из компрессора воздух поступает в камеру сгорания, где взаимодействует с водородом, отработанным на турбине и подаваемым частично из бака Фирма «Бритиш аэроспейс» предложила британскому правительству программу разработки базовой технологии летательного аппарата «ХОТОЛ», разделенную на два трехгодичных цикла. В соответствии с ней изготовление должно было быть начато в 1994 году, а первый полет был запланирован на 2000 год.

Однако в июле 1988 года правительство отказалось от дальнейшего финансирования проекта «ХОТОЛ», поскольку затраты (порядка 6 миллиардов фунтов стерлингов), необходимые для его доведения до стадии производства, слишком велики для одной Англии.

Обращения фирм «Бритиш аэроспейс» и «Роллс-Ройс» к Европейскому Космическому агентству с предложением, официально признать и профинансировать программу «ХОТОЛ» закончились безрезультатно. Попытки фирм-разработчиков привлечь частный капитал британских и зарубежных аэро-космических фирм для спасения программы также не увенчались успехом.

В сентябре 1990 года фирма «Бритиш аэроспейс» и Министерство авиационной промышленности СССР в ходе авиационно-космической выставки «Фарнборо-90» подписали соглашение о проведении совместных исследований по оценке технических возможностей и экономических аспектов использования находящегося в эксплуатации советского тяжелого самолета-носителя Ан-225 (Мрия) для запуска воздушно-космического самолета «ХОТОЛ».

Воздушный старт позволяет применить в составе воздушно-космического самолета вместо ранее предполагаемой комбинированной маршевой двигательной установки связку из четырех кислородно-водородных двигателей, поставляемых Советским Союзом. Кроме того, воздушный старт заменяет пуск со стартовой разгонной тележки и обеспечивает воздушно-космический самолет некоторой начальной скоростью на высоте, где плотность атмосферы меньше.

Основные характеристики «ХОТОЛ» с воздушным стартом: длина — 36,15 метра, размах крыла — 21,6 метра, полная масса космического самолета — 250 тонн, масса полезного груза на высоте 275 километров — 8 тонн.

Полет «ХОТОЛ» на самолете-носителе «Ан-225» заканчивается разделением на высоте 10 километров при скорости 0,8 Маха, после чего следует горизонтальный разгон до 5 Махов.

С этого момента начинается маневр выхода «на горку» с перегрузкой 1,4 g до высоты около 20 километров и скорости в 3 Маха. Далее происходит набор высоты па полубаллистической траектории с использованием тяги двигателей и подъемной силы крыла. Подъем осуществляется с постоянным углом наклона траектории к горизонту до высоты около 80 километров и скорости до 20 Махов. Тяга двигателей дросселируется, чтобы уровень перегрузки не превышал 3 g.

Затем угол подъема уменьшается, и на высоте почти 90 километров при скорости 27,2 Маха космический самолет выходит на эллиптическую орбиту с перигеем 70 километров и апогеем 300 километров.

Управление полетом «ХОТОЛ» на участке выведения осуществляется отклонением маршевым двигателей рулевыми двигателями на концах крыла, а также с помощью выдвижного переднего горизонтального оперения, стабилизатора и элеронов при управлении по каналу крена.

При входе в атмосферу управление полетом, при убранном оперении, обеспечивается двигателями на концах крыла.

При движении в плотных слоях атмосферы управление полетом осуществляется с помощью выдвижного переднего стабилизатора, элеронов и подфюзеляжного щитка.

После того как фирме «Бритиш аэроспейс» было отказано в финансировании проекта «ХОТОЛ», часть специалистов, работавших над ним, учредила новую фирму «Риэкшен Энжинес» («Reaction Engines Ltd.»), основным направлением деятельности которой является создание воздушно-космического самолета «Скайлон» («Skylon»). Конструкторам «Риэкшн Энджинес» не позволили использовать в своей работе задел по воздушно-реактивным двигателям «HOTOL RB454», поскольку они остаются секретными, поэтому им пришлось разработать новый двигатель «SABRE» («Synergic Air Breathing Engine»), работающий как воздушно-реактивный на скоростях до 5,5 Маха, а затем переключающийся в режим ЖРД.

Согласно проектным расчетам, «Скайлон», имея грузовой отсек 12,3 на 4,6 метра, может доставлять на экваториальную орбиту 12 тонн полезного груза или 9,5 тонны — к Международной космической станции.

В 1997 году проект «Скайлон» изучался Европейским Космическим агентством, как один из возможных вариантов перспективного орбитального транспортного средства Кроме того, обсуждалась возможность участия проекта «Сайлон» в конкурсе «Икс-Прайс» на создание туристического космоплана.

Общая стоимость реализации проекта «Скайлон» оценивается в 10 миллиардов долларов.

Одним из первых космических проектов, связанных с пилотируемой космонавтикой и разрабатываемых на земле ФРГ, был проект одноступенчатого транспортного космического корабля многократного использования VETA.

Конструкция корабля базируется на технике и технологии ракеты «Сатурн-5» и отсеков кораблей «Аполлон». Считается, что основным преимуществом космического корабля «BETA» перед обычными ракетами является отсутствие сбрасываемых ступеней. Это позволяет запускать его со стартовых баз в европейских странах, а также производить посадку на площадки, не подготовленные для этой цели.

Кроме того, «ВЕТА» привлекает своей технической простотой и легкостью эксплуатации и обслуживания.

Конструкция космического корабля «BETA» отличается от конструкции обычной ракеты тем, что он имеет теплозащитный экран, шасси, а также малое отношение длины к диаметру.

Относительно большой диаметр корпуса корабля, равный 7,8 метра, обеспечивает снижение удельной нагрузки во время входа в атмосферу, а также более низкое расположение центра тяжести, что позволяет сохранять устойчивость в полете и при стоянке.

Требуемая стартовая тяга создается 12 ЖРД с камерами высокого давления.

Шасси рассчитано на скорость при контакте 8 м/с, затем она механически снижается до нуля. Шасси состоит из шести ног, но посадка безопасна и при наличии четырех ног (если две выйдут из строя).

Считается, что космический корабль «ВЕТА» имеет минимальные размеры для одноступенчатого аппарата многократного использования. «BETA» имеет стартовую массу 130 тонн, из которых 115 тонн приходится на топливо.

Номинальная масса полезного груза, выводимого на орбиту, равна 2,7 тонны. Если с корабля снять оборудование, необходимое для возвращения и посадки, то масса груза, выводимого на орбиту, возрастет до 4,2 тонны.

Конструкция корабля «BETA» позволяет устанавливать вторую ступень или специальный модуль с силовой установкой. При установке небольшой ступени с двигателем, развивающим тягу 1600 килограммов, можно доставить полезный груз массой 250 килограммов к планете Меркурий или вывести на геостационарную орбиту груз массой 700 килограммов.

Конструкторы полагали, что многократное использование корабля «BETA» снизит стоимость вывода на орбиту одного килограмма полезного груза до нескольких сот долларов.

Существенного улучшения характеристик одноступенчатого корабля можно достичь, модифицировав его в полутораступенчатый аппарат путем добавления внешних сбрасываемых баков.

Однако этот проект также не лишен некоторых недостатков.

Во-первых, стоимость сбрасываемых баков оказалась не такой низкой, как рассчитывали. Во-вторых, само сбрасывание баков и связанные с этим проблемы безопасности вдоль трассы неизбежно ведут к снижению оперативной универсальности, которая требуется от транспортного космического корабля.

Если «BETA» был кораблем традиционной ракетной схемы, то проект фирмы «Юнкерс» («Junkers»), представленный вниманию публики в 1965 году, основывался на схеме воздушного старта.

Над этим проектом, который финансировался правительством ФРГ, фирма работала с 1961 года.

Космическая система «Юнкерс» спроектирована в виде двухступенчатого космического самолета с параллельным расположением самолетных ступеней — по аналогии с проектом американской фирмы «Мартин». Силовые установки обеих ступеней работали на жидком водороде и кислороде.

Планировалось, что двухступенчатый космический самолет будет стартовать горизонтально с рельсовой катапульты и в момент разделения ступеней достигнет высоты 60 километров за 150 секунд. Нижняя ступень возвратится на базу планированием, вторая, меньшая, ступень разовьет первую космическую скорость и выйдет на орбиту высотой 300 километров.

Суммарный стартовый вес космической системы «Юнкере» — 200 тонн, орбитальная полезная нагрузка — 2,5 тонны.

Среди поздних проектов воздушно-космических аппаратов многоразового использования, разрабатываемых в Германии, особняком стоит проект «Зенгер» («Sanger»), названный так в честь немецкого конструктора Эйгена Зенгера, придумавшего бомбардировщик-«антипод».

«Зенгер» представляет собой перспективную двухступенчатую космическую систему — базовый аппарат в национальной технологической программе Германии по гиперзвуковым летательным аппаратам.

Практическая реализация программы «Зенгер» обеспечила бы европейским странам сравнительно дешевый и независимый от США доступ в космос с возможностью горизонтального старта с обычных воздушных взлетно-посадочных полос в Европе и непосредственного выведения полезного груза на любую заданную орбиту.

Применение в маршевых двигателях экологически чистых компонентов топлива — жидкого кислорода и жидкого водорода — исключает выброс в атмосферу вредных продуктов сгорания.

За период с 1984 по 1987 год проектных исследований по программе «Зенгер», выполненных фирмами «Мессершмитт-Бельков-Блом» («МВБ»), «Дорнье» («Dornje»), «МТУ» («MTU»), центром «ДФВЛР» («DFVLR») и авиакомпанией «Люфтганза» («Lufthansa»), изучен большой круг вопросов по аэродинамике, аэротермодинамике, управлению полетом, конструкциям и теплозащитным материалам и двигателям. Выполнены анализ и сравнение ряда вариантов летательного аппарата «Зенгер».

Габариты системы «Зенгер»: длина фюзеляжа — 81,3 метра, размах крыльев — 41,4 метра, полная масса — 340 тонн.

Первая ступень EHTV массой 259 тонн с максимальным (до 100 тонн) запасом водорода представляет собой двухкилевый самолет характерной стреловидной формы. Маршевая двигательная установка состоит из пяти комбинированных турбопрямоточных воздушно-реактивных двигателей. Умеренный нагрев конструкции ступени (не более 600 °C) при скорости 4–4,5 Маха позволил использовать титановые и алюминиево-литиевые сплавы. Особое внимание уделялось созданию бака жидкого водорода объемом более 1500 м? с обеспечением максимального теплопритока от несущей конструкции фюзеляжа.

Первая ступень разрабатывалась с учетом унификации ее характеристик с характеристиками перспективного гиперзвукового пассажирского самолета. Дальность крейсерского полета самолета с 250 пассажирами на борту составляла 10 тысяч километров. Скорость полета до 4,5 Маха, высота полета — 25 километров. Самолет мог преодолеть за три часа расстояние от Франкфурта-на-Майне до Токио через Лос-Анджелес.

Вторая ступень «Хорус» («Horus») является пилотируемым космическим летательным аппаратом, во многом сходным с орбитальными кораблями «Шаттл» и «Гермес».

Основное отличие — в наличии на борту большого (до 65,5 тонны) запаса кислородно-водородного топлива. Полная масса ступени — 87,7 тонны, используемый маршевый двигатель имеет тягу до 120 тонн.

Расчетная продолжительность орбитального полета составляла одни сутки. Корабль вмещает экипаж корабля — два пилота, четыре пассажира и две-три тонны груза.

В туристском варианте в кабине можно разместить до 36 пассажиров.

Главным назначением ступени «Хорус» является материальнотехническое обеспечение орбитальной станции.

Возможны суборбитальные перевозки пассажиров со скоростью до 16 000 км/ч.

Одновременно с «Хорусом» немецкие конструкторы проектируют грузовой аппарат «Каргус» («Cargus») одноразового использования — уменьшенная модификация ступени ракеты-носителя «Ариан-5». «Каргус» предназначен для выведения на низкую орбиту полезного груза до 15 тонн, с возможностью последующих стартов на геостационарную орбиту.

Габариты «Каргуса»: длина — 33 метра, диаметр — 5 метров, полная масса грузовой ступени — 62 тонны. Двигатель — кислородно-водородный «НМ60 Вулкан» с тягой приблизительно 105 тонн.

Схема полета воздушно-космического самолета «Зенгер» предполагалась следующая. После горизонтального взлета корабль выполняет подъем до высоты 25 километров, над критическим озоновым слоем, и далее на этой высоте совершает крейсерский полет со скоростью до 4,5 Маха. Трасса от старта в центре Европы или на побережье Германии, Франции, Испании или Англии направлена на заданную широту в сторону Америки. Затем следует участок разгона с набором высоты до 30 километров и увеличением скорости до 6,8–7 Махов. После разделения вторая ступень выходит на орбиту, а первая — возвращается к месту старта. Национальная программа предусматривала создание на предварительном этапе демонстрационной модели летательного аппарата, проведение летных испытаний, после чего на стыке столетий планировалось приступить к непосредственной разработке штатного корабля «Зенгер».

В середине 1990 года был завершен первый этап исследований по программе воздушно-космического летательного аппарата в рамках национальной программы Германии по гиперзвуковым летательным аппаратам.

По первой разгонной ступени, или самолету-разгонщику, выполнен второй цикл проектных разработок, подтвердивший концепцию в целом и компоновочную схему гиперзвукового самолета со скоростями полета 6,8 Маха. На втором этапе планировалось решение вопросов оптимизации массовых характеристик и интеграции двигательной установки.

По вторым ступеням осталась неизменной идеология создания двух различных вариантов — беспилотного и пилотируемого космического самолета. Исходя из экономических соображений, вместо одноразовой ступени «Каргус» будет разрабатываться беспилотный космический самолет «ХорусС» («Horus-C») с грузовым отсеком, который будет способен доставить на орбиту высотой 200 километров полезный груз массой до 7,7 тонны и до 6,2 тонны — на космическую станцию.

Пилотируемая ступень «Хорус-М» («Horus-M») со стыковочным и переходным отсеками предназначена для обслуживания космической станции, при этом масса выносимого полезного груза составляет 3 тонны, что включает и массу экипажа из трех человек.

По результатам первого этапа исследований были начаты предварительные проработки по экспериментальному самолету «Хитекс» («Hitex»), способному достигать скоростей порядка 5–6 Махов, с целью подтверждения данных численного моделирования и результатов аэродинамических продувок.

Работы над воздушно-реактивным прямоточным двигателем концерн «МББ» начал летом 1988 года, а в декабре уже провел стендовые испытания прототипа. Его диаметр не превышает 350 миллиметров, тогда как у «настоящего» достигнет 1,5 метра. Исследователи моделировали скорость 4,7 Маха, одновременно изыскивая оптимальную форму камеры сгорания. Кстати, у прототипа она охлаждалась пластмассовым кожухом, а в будущей силовой установке решено воспользоваться идеей Зенгера: перед тем как поступить в камеру сгорания, охлажденное до 230 °C горючее (сжиженный водород) пройдет по сети трубопроводов, пронизывающих ее тонкостенную оболочку, чтобы температура внутри не превышала плюс 1700 °C. Как рассчитывают немецкие специалисты, непрерывно охлаждаемая силовая установка станет меньше изнашиваться от перегрева.

После первого было еще четыре десятка экспериментальных пусков прототипа, и все прошли вполне благополучно.

Например, 7 июля 1990 года его вывели на режим, соответствующий реальному полету будущего «Зенгера» на высоте 20 000 метров со скоростью, равной 4 Махам; при этом тяга составила около тонны.

Авиационно-космические фирмы Японии приступили к реализации программы научноисследовательских и опытно-конструкторских работ в области гиперзвуковой техники в 1986 году.

Исследования велись по трем основным направлениям: создание беспилотного крылатого аэро-космического летательного аппарата «Хоуп» («Норе»), выводимого на орбиту с помощью ракеты-носителя Н-2; разработка и ввод в эксплуатацию в 2006 году универсального одноступенчатого пилотируемого аэро-космического самолета с горизонтальными взлетом и посадкой типа NASP; исследования целого ряда вариантов перспективных маршевых двигательных установок аэро-космических аппаратов, включая турбопрямоточные, гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели, а также двигатели со сжижением атмосферного воздуха в процессе полета летательного аппарата и использованием полученного жидкого кислорода в качестве окислителя с жидким или переохлажденным водородом.

Летательный аппарат «Хоуп» будет использоваться как транспортное средство снабжения японской многоцелевой лаборатории JEM в составе Международной космической станции. Габариты «Хоуп»: длина — 10 метров, размах крыла — 9,2 метра, стартовая масса — 10 тонн, масса полезного груза — 3 тонны. Головной разработчик — Национальное управление космических исследований (NASDА).

Проектные изыскания по пилотируемому перспективному космическому летательному аппарату NASP ведет Национальная аэро-космическая лаборатория (NAL) совместно с промышленными фирмами «Кавасаки», «Фудзи» и «Мицубиси». Основной задачей этого летательного аппарата со стартовой массой 386 тонн является доставка экипажа из четырех человек и полезного груза массой 10 тонн на орбиту высотой 500 километров.

Лаборатория NAL планирует проведение работ в четыре этапа.

Первый этап был начат в 1986 году и должен завершиться оценкой предварительных проектов. В этот период начаты исследования по аэродинамике, композиционным материалам и маршевым двигательным установкам. В 1987 году начато строительство комплекса для испытаний композиционных материалов. В 1988 году проведены испытания камеры сгорания гиперпрямоточного воздушно-реактивного двигателя и воздухозаборников.

Второй этап предполагает разработку и проверку технологии создания и летной эксплуатации аэро-космического самолета.

Проблемы гиперзвукового полета и режимов работы маршевой двигательной установки на этом этапе будут изучаться с использованием пилотируемых летательных аппаратов, а проблемы, связанные со сходом с орбиты и входом в атмосферу, — с использованием беспилотных аппаратов.

Третий этап — разработка опытного образца аэро-космического самолета — по плану должен быть завершен в 2006 году летными испытаниями.

Последний, четвертый, этап предполагает штатную эксплуатацию летательного аппарата.

Свою собственную программу развития пилотируемой космонавтики имеет и Китайская Народная Республика. В ее рамках изучается возможность создания двухступенчатой космической системы с горизонтальными стартом и посадкой — проект «921-3».

Китайский аэро-космический аппарат внешне напоминает немецкий двухступенчатый воздушно-космический самолет «Зенгер», однако отличается от него оригинальной конструкцией смешанной двигательной установки, состоящей из жидкостных ракетных и прямоточных двигателей.

Первая гиперзвуковая разгонная ступень (самолет-разгонщик) будет иметь фюзеляж типа «несущий корпус» (длиной около 85 метров и шириной 12 метров) и треугольное крыло двойной стреловидности. Двигательная установка разгонщика имеет шесть двигателей с суммарной тягой около 40 тонн. Стартовая масса — 330 тонн, посадочная — 79 тонн.

Вторая ступень представляет собой орбитальный самолет со стартовой массой 132 тонны и посадочной массой 25,3 тонны, который оснащен четырьмя кислородно-водородными двигателями. Внешне он похож на американский «Спейс Шаттл».

При разгоне самолета до скорости в 0,8 Маха работают только жидкостные двигатели, после чего в камеры сгорания прямоточных двигателей начинает поступать горючее.

До высоты 9 километров и скорости 1,8–2 Маха жидкостные и прямоточные двигатели работают параллельно, причем по мере того, как при увеличении скорости увеличивается эффективность и тяга прямоточных двигателей, пропорционально уменьшается тяга жидкостных, с тем чтобы удерживать тяговооруженность приблизительно на одном уровне.

После разделения самолет-носитель возвращается к месту старта, используя только прямоточные двигатели. Орбитальный самолет, используя четыре кислородно-водородных двигателя с тягой по 2,1 тонны, выходит на эллиптическую орбиту высотой от 100 до 300 километров. В апогее с помощью жидкостного двигателя сообщается приращение характеристической скорости, в результате чего самолет выходит на круговую орбиту высотой 500 километров.

После выполнения программы полета орбитальный самолет сходит с орбиты, производит снижение в атмосфере и посадку, как гиперзвуковой планер типа «Спейс Шаттл».

Предполагается, что китайский «челнок» сможет выводить на орбиту груз от 4 до 6 тонн. Специальный космодром для китайского корабля многоразового использования будет построен в Южно-Китайском море на острове Хайнань.

Пока аэро-космическая система остается в числе перспективных проектов, китайские конструкторы добились ощутимых успехов в разработке проекта «921-1», промежуточным итогом которого стал успешный запуск трех космических кораблей «Шэньчжоу» («Божественный корабль»).

Проект пилотируемого космического корабля «921-1» был инициирован в 1992 году. Шанхайский исследовательский институт астронавтики предложил шесть вариантов ракетносителей и восемь вариантов космического корабля.

Выбор был сделан в пользу ракеты-носителя «Чан Чжен-2Ф», способной выводить на орбиту 8,5 тонны полезного груза. В качестве прототипа космического корабля решили использовать «Союз». Несколько лет назад Китай закупил у Российского Космического агентства ряд узлов корабля «Союз» и на их основе сделал соответствующие системы для своего корабля. «Шэньчжоу» состоит из приборного отсека со стыковочным узлом и агрегатного отсека с двумя солнечными батареями. Его габариты: длина — 8,65 метра, максимальный диаметр — 2,8 метра, обитаемый объем — 8 м?, масса — 7,6 тонны. Экипаж — 3 человека.

В июне 2000 года в Пекине прошло заседание Китайской инженерной академии на тему «Перспективы инженерной техники». На нем с докладом о перспективах китайской пилотируемой космонавтики выступил главный инженер пилотируемого космического корабля «Шэньчжоу» Ван Юнчжи.

По его словам, создание корабля преследовало четыре главные цели. Во-первых, разработка фундаментальных технологий, необходимых для осуществления пилотируемого полета.

Кроме того, «Шэньчжоу» позволит выполнить программы наблюдения Земли из космоса, провести эксперименты и исследования в различных областях космических наук и технологий.

Также «Шэньчжоу» будет первое время (пока не появятся более совершенные многоразовые корабли) служить транспортным средством для доставки экипажей на орбитальные станции и их возвращения на Землю. И, наконец, на «Шэньчжоу» можно отработать ряд систем будущей китайской орбитальной станции.

Ван Юнчжи добавил, что программа создания пилотируемого космического корабля прошла стадии разработки проекта, научно-технической проработки, макетирования, испытаний и изготовления. Сейчас программа находится на стадии беспилотных летных испытаний.

Первый запуск «Шэньчжоу» в автоматическом режиме состоялся 19 ноября 1999 года с космодрома Цзюцюань в провинции Ганьсу. Через десять минут после старта космический корабль отделился от последней ступени ракеты-носителя и вышел на орбиту с параметрами 195 километров в перигее и 315 километров в апогее. Запуск второго корабля был осуществлен 9 января 2001 года, третьего — 25 марта 2002 года. Все три полета были признаны успешными.

На очереди — полет китайского космонавта. Первая группа «юйчжоу хансиньюаней» была набрана из летчиков-истребителей путем многоэтапного отбора. Они прошли три этапа подготовки. Сначала — общекосмическая подготовка, затем космонавты изучали устройство и системы корабля; сейчас они завершают тренировки в составе экипажей на тренажерах.

Больше всего в китайской космической программе поражает неспешность, с которой принимаются решения и реализуются проекты. Китай оказался в стороне от ожесточенной борьбы за первенство, а потому его космические инженеры имеют возможность тщательно обдумывать свои действия, взвешивая все последствия. Не остается без внимания и экономическая составляющая, что позволяет избежать ненужных затрат и жертв…