Антон Первушин - Битва за звезды-2. Космическое противостояние (часть II)
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.
Японская космонавтика
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.
Китайская космонавтика
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».
