Проект «Спираль»
(ОКБ-155)
В начале 60-х годов в ОКБ-155 Госкомитета по авиационной технике (ГКАТ) под руководством А. И. Микояна начались исследования комбинированных воздушно-космических систем, сочетающих в себе черты самолетов и ракет. В 1965 г. был подписан план работ по теме «Спираль» и аванпроект системы. Руководителем темы был назначен заместитель главного конструктора Г. Е. Лозино — Лозинский.
Основной целью программы «Спираль» было создание пилотируемого орбитального самолета (ОС) для выполнения прикладных задач в космосе, а также для обеспечения возможности регулярных и безопасных перевозок по маршруту Земля-орбита-Земля. Для запуска ОС в космос предполагалось создать воздушно-орбитальную систему (рис. 3), состоящую из многоразового гиперзвукового самолета-разгонщика (ГСР) и одноразового двухступенчатого ракетного ускорителя.
Рассматривались два варианта ГСР с четырьмя многорежимными турбореактивными двигателями (ТРД), работающими на жидком водороде (более перспективный вариант) или на керосине (более консервативный вариант). ГСР использовал для старта с взлетно-посадочной полосы разгонную тележку и применялся для разгона системы до гиперзвуковой скорости, соответствующей числу Маха М-6 (для первого варианта) или М-4 {для второго). Разделение ступеней системы предполагалось произвести на высоте 28–30 км или 22–24 км соответственно. Далее в действие вступал и ускоритель с ЖРД, а ГСР возвращался к месту старта.
Самолет-разгонщик представлял собой сравнительно крупногабаритный самолет, построенный по схеме «летающее крыло», большой стреловидности с вертикальными стабилизирующими поверхностями на концах крыла. Блок ТРД располагался под фюзеляжем и имел общий регулируемый сверхзвуковой воздухозаборник. В верхней части фюзеляжа ГСР на пилоне крепился ОС с ракетным ускорителем, носовая и хвостовая части которого закрывались обтекателями.
Орбитальный самолет проектировался по схеме «несущий корпус» треугольной формы в плане и был значительно меньше самолета-разгонщика. Он имел стреловидные консоли крыла, которые при выведении и в начальной фазе спуска с орбиты занимали вертикальное положение, а при планировании поворачивались, увеличивая несущую площадь. Ускорителем ОС выводился на низкую околоземную орбиту высотой порядка 130 км и выполнял на ней 2–3 витка. Он мог совершать маневр по изменению наклонения плоскости и высоты орбиты. После выполнения полета ОС совершал вход в атмосферу, спуск на гиперзвуковой скоростью при большом угле атаки с возможностью большого бокового маневра, а затем, после снижения скорости, раскрывал крыло, планировал и садился на любой аэродром. Для защиты корпуса ОС от нагрева при входе в атмосферу применялся нижний металлический теплозащитный экран, установленный на шарнирных подвесках, который выполнял некоторые силовые функции. При входе в атмосферу сложенные консоли крыла располагались в аэродинамической «тени» фюзеляжа.
Рис. 3. Аппараты, разработанные по проекту «Спираль»: а — воздушно-орбитальная система: 1 — ДУ самолёта-разгонщика; 2 — ускоритель; 3 — орбитальный самолёт; 4 — самолёт-разгонщик; б — пилотируемый аппарат-аналог; в — аппарат БОР-4; г — аппарат БОР-5
Для выведения ОС на орбиту после отделения от ГСР имелся ускоритель, представляющий собой двухступенчатую ракету с кислородно-водородными или с кислородно-керосиновыми ЖРД.
Для маневрирования ОС на орбите использовался основной, а также два аварийных ЖРД. Для ориентации и управления служили микродвигатели с автономной системой подачи. Все ракетные двигатели ОС работали на топливе азотный тетраксид — несимметричный диметилгидразин (АТ-НДМГ), Для маневрирования самолета на конечном участке планирования (дотягивание до ВПП, заход на второй круг в случае невозможности посадки с первого захода) предназначался ТРД, работающий на керосине, посадка осуществлялась на лыжное шасси.
Одной из отличительных черт проекта ОС была бортовая ЭВМ для навигации и автоматического управления полетом.
Рассматривалась возможность аварийного спасения пилота ОС на любом участке полета с помощью кабины-капсулы фарообразной формы, имеющей механизм катапультирования из ОС, парашют и тормозные двигатели для входа в атмосферу (в случае невозможности возвращения на Землю с орбиты всего самолета) и навигационный блок.
Для натурной отработки конструкции и основных систем ОС проектировался одноместный экспериментальный орбитальный самолет многоразового применения, Он строился по аналогичной схеме, имел несколько меньшие размеры и массу и должен был выводиться на орбиту при помощи РН «Союз»,
Для испытания конфигурации ОС на атмосферных участках полета предназначались самолеты-аналоги, оснащенные ТРД и стартующие с самолета-носителя Ту-95. Один из аналогов должен был совершать полет на дозвуковой скорости, второй — на скорости, соответствующей числу M-6-8.
Основной особенностью системы «Спираль» была большая относительная масса полезной нагрузки (ПН), в 2–3 раза превышающая относительную массу ПН обычных одноразовых РН. Стоимость же выведения ПН предполагалась в 3–3,5 раза ниже. Кроме того, достоинствами системы были возможность широкого выбора диапазона направлений старта, маневрирование в космосе и самолетная посадка в сложных метеорологических условиях.
Проект «Спираль» предусматиривал проведение широкого круга работ. По плану создание дозвукового самолета-аналога начиналось в 1967 г., гиперзвукового аналога — в 1968 г. Экспериментальный аппарат должен был впервые выводиться на орбиту в беспилотном варианте в 1970 г. Первый пилотируемый полет его намечался на 1977 г. Работы по ГСР должны были начаться в 1970 г. В случае принятия решения о создании самолета-разгонщика на водороде постройку его предполагалось развернуть в 1972 г. В середине 70-х годов могли начаться полеты полностью укомплектованной системы «Спираль».
Для исследований характеристик устойчивости и управляемости ОС на различных участках полета и оценки теплозащиты были построены летающие модели аппарата в масштабе 1:3 и 1:2, получившие название «беспилотные орбитальные ракетопланы» («БОР»), с жестко зафиксированными консолями крыла. Широкая программа испытаний аппаратов включала их продувку в аэродинамических трубах ЦАГИ и стендовую отработку, имитирующую различные режимы и этапы полета. Затем начались бросковые испытания, в которых аппараты «БОР» с помощью ракет выводились на баллистическую траекторию полета, имитирующую вход в атмосферу и посадку.
Несмотря на строгое технико-экономическое обоснованне, руководство страны интереса к теме «Спираль» не проявляло, что отрицательно сказывалось на сроках выполнения программы, которые растянулись на многие годы. Постепенно программа «Спираль» была переориентирована на летные испытания аппаратов-аналогов без перспектив создания на их базе реальной системы. В 1976 г. с началом работ по программе «Энергия»-«Буран» судьба проекта «Спираль» была окончательно предрешена.
Однако испытания аппаратов-аналогов, созданных в рамках программы «Спираль», продолжались. Пилотируемый самолет-аналог был готов к дозвуковым полетам в середине 70-х годов. Его летные испытания начались с коротких подлетов аппарата в мае 1976 г.: с помощью собственного ТРД самолет-аналог совершал взлет с ВПП и вскоре после этого шел на посадку. В этих полетах принимали участие летчики-испытатели А. Фастовец, И. Волк, В. Меницкий и А. Федотов. 11 октября 1976 г. аппарат совершил перелет с одной ВПП аэродрома на другую.
В 1977 г. начались испытания аппарата-аналога с подъемом его на высоту с помощью самолета-носителя Ту-95К — сначала без сброса с самолета. 27 октября 1977 г. был проведен первый воздушный старт аналога с самолета-носителя; пилотировал аппарат А. Фастовец. В 1978 г. было проведено еще пять полетов самолета-аналога на дозвуковой скорости. Окончание летных испытаний аналога в сентябре 1978 г. положило конец программе «Спираль».
Для отработки решений, положенных в основу концепции многоразового орбитального корабля (ОК) «Буран», было решено использовать задел, накопленный в рамках программы «Спираль». Для этого с существенной модификацией были использованы аппараты «БОР». Они оснащались новой системой теплозащиты, близкой по характеристикам к теплозащите ОК «Буран», и сбрасываемой тормозной ДУ для схода с орбиты. Системное оснащение ракетоплана из-за его крайне малых размеров было предельно упрощено. Полет после входа в атмосферу — планирующий, с последующим спуском на парашюте на воду.
В момент, когда разработка ОК «Буран» приближаялась к своей кульминации, для испытания теплозащитных материалов корабля 3 июня 1982 г, с космодрома Капустин Яр с помощью РН «Космос» под обозначением спутника «Космос-1374» был запущен аппарат «БОР-4». Совершив 1,25 витка по орбите, ракетоплан выполнил вход в атмосферу с боковым маневром на дальность 600 км, полет и приводнение в 560 км от архипелага Кокосовы острова в Индийском океане, где дежурившие там семь кораблей спасения подобрали «БОР-4» из воды. Спасательные операции были засняты на фотопленку австралийским патрульным самолетом «Орион», находившимся в этой зоне.
