Развернутые во второй половине 1950-х годов работы по авиационно-космической тематике в ОКБ-156 были практически полностью свернуты в начале 1960-х годов. Работы по этой тематике возобновились в ОКБ в 1970-е годы, когда в нескольких ОКБ страны были начаты перспективные работы над авиационными воздушно-космическими системами на базе одноступенчатых орбитальных самолетов. Реализация сложной и масштабной программы создания воздушно-космического самолета (ВКС) должна была позволить создать принципиально новый класс летательных аппаратов, способных эффективно решать многие проблемы военного и гражданского характера, дать развитие перспективным технологиям.
Проведенные исследования показали следующее. Обеспечить требования по снижению стоимости вывода полезной нагрузки на орбиту, прекращению засорения ближнего космоса отработанными частями ракет-носителей, уменьшению или отказу от территорий, отчуждаемых для падения отработанных ступеней можно в случае создания и широкого использования одноступенчатых воздушно-космических летательных аппаратов горизонтального взлета и посадки многоразового использования. Одноступенчатым ВКС целесообразно решать все задачи, связанные с выведением грузов малой и средней размерности на относительно низкие орбиты. Эксплуатационная гибкость ВКС позволяет один и тот же летательный аппарат использовать для выполнения практически любого из возможных заданий с помощью системы сменных модулей, предназначенных для размещения целевой нагрузки. Наиболее важным фактором является возможность эксплуатации ВКС подобно самолету, что позволяет значительно сократить количество наземного обслуживающего персонала и исключить сложные элементы наземного комплекса (системы вертикальной сборки, стартовые площадки, специальные мероприятия и помещения для хранения блоков и ступеней ракет и т.д.). Значительно сокращаются затраты на оперативное техническое обслуживание (за счет
сокращения времени на подготовку к повторному вылету), что приближает ВКС по характеристикам эксплуатационной технологичности существующим тяжелым самолетам.
В 1968-1971 годах в ОКБ А.Н.Туполева в проработке находилось несколько технических предложений по ВКС с горизонтальным стартом и посадкой, взлетная масса разрабатывавшихся летательных аппаратов достигала 300 т. В качестве силовой установки предлагалось использовать ЖРД на тепловыделяющих элементах с использованием ЯСУ, а в качестве рабочего тела - водород. Рассматривались варианты многоэтапного вывода полезных нагрузок с ВКС, находящихся на орбите вокруг Земли, на межпланетные орбиты с использованием ионных и плазменных маршевых двигателей. Оригинальные предложения ОКБ не вышли из стадии эскизного проектирования с одной стороны по причине отсутствия заинтересованности военных, с другой-занятостью бюро работами по СПС-1.
С началом работ на Западе по одноступенчатым ВКС, работы но данной тематике оживились и в СССР. К середине 1980-х годов совместно с ЦАГИ, ОКБ Н.Д.Кузнецова, с другими предприятиями и организациями отечественного ВПК ОКБ ММЗ "Опыт" подготовило ряд конкретных технических предложений по созданию авиационно-космической системы иа базе одноступенчатого орбитального самолета с маршевой и корректирующей силовыми установками на основе ЖРД, с наземным или воздушным стартом с тяжелых самолетов-носителей. Следующим этапом в создании одноступенчатого ВКС в ОКБ стало начало проектирования летательного аппарата с маршевой силовой установкой, построенной иа комбинации двигателей: ТРД+ПВРД+ЖРД.
На основе большого объема проведенных в ОКБ научно-технических исследований и технологических проработок одноступенчатого орбитального ВКС был сделан вывод - одноступенчатый ВКС как многоцелевая система, предназначенная для выхода
полезной нагрузки в околоземное пространство, обладающая уникальными свойствами: малым временем реакции, универсальностью, автономностью и гибкостью применения, способен стать реальностью, если решить, в частности, проблемы существенного повышения экономичности силовой установки и значительно поднять относительный запас топлива на взлете летательного аппарата.
ОКБ подготовило несколько проектов, отличавшихся различными техническими решениями в части компоновки летательного аппарата и его силовой установки. Рассматривался и вариант самолета со стартовыми водородными ЖРД и восемью ГПВРД для полета со скоростью М=6. Один из последних проектов, разрабатывающийся с 1986 года, - проект, получивший обозначение "2000" или Ту-2000-самолет с комбинированной силовой установкой (ТРД + ШПВРД + ЖРД).
По мнению ОКБ, на сегодняшний день, существенно повысить экономичность силовой установки при гиперзвуковых скоростях полета, на которые рассчитывается ВКС, можно, используя в качестве окислителя кислород воздуха, а в качестве двигателя -ПВРД. В свою очередь, использование ПВРД требует для ограничения габаритов и массы силовой установки выполнения полета в атмосфере с высокими скоростными напорами. Высокие скоростные и тепловые нагрузки конструкции летательного аппарата требуют увеличения массы пустого аппарата, что целесообразно лишь тогда, когда существенно снижается общая масса бортового запаса топлива. Использование в качестве окислителя атмосферного воздуха позволяет уменьшить секундный расход топлива, однако существенное снижение общей массы ВКС; может быть достигнуто только при условии работы ПВРД в широком диапазоне чисел М полета (широкодиапазонный ПВРД -ШПВРД). Это дает существенную разность между уменьшением массы топлива и увеличением массы конструкции, связанным с использованием ПВРД, и обеспечивает выигрыш в относительной массе полезной нагрузки.
Применение ПВРД требует большую часть разгонной траектории до орбитальной скорости выполнять в плотных слоях атмосферы, что вызывает сильный кинетический нагрев конструкции, особенно передних кромок крыла, воздухозаборника, носка фюзеляжа и всей нижней поверхности ВКС. Расчеты, проведенные в ОКБ, показали, что без применения жидкого водорода в качестве охлаждающего хладагента не удается спроектировать достаточно легкую охлаждаемую конструкцию планера и воздухозаборника, обеспечивать необходимые температурные режимы бортовых систем и оборудования, самих ПВРД, а также обеспечить нормальные условия для экипажа, грузов, в том числе и специальных, а в перспективе для пассажиров. Уникальное сочетание высокой массовой теплотворной способности и высокой удельной теплоемкости водорода позволяют создать более легкие и компактные двигатели с требуемым удельным расходом топлива.
Из условий применения на ВКС основной разгонной силовой установки на базе ПВРД для него наиболее рационально применение комбинированной силовой установки, включающей экономичные ТРД, работающие в диапазоне скоростей, соответствующих диапазону М=0...2,5, ПВРД (ШПВРД), обеспечивающих разгон до М=20...25, и ЖРД для доразгона до орбитальной скорости и маневрирования на орбите.
ВКС должен обладать способностями: совершать взлеты и посадки со стандартных взлетно-посадочных полос длиною до 3000 м; совершать полеты с разворотом на дозвуковой скорости после взлета для выхода в заданную точку начала разгона и перед посадкой для захода на заданный аэродром; осуществлять перелеты для изменения аэродрома базирования; быстро выполнять разгон до заданной скорости и высоты, включая выход на круговую орбиту; выполнять неоднократные орбитальные маневры; выполнять автономный орбитальный полет продолжительностью до суток; выполнять крейсерский полет в атмосфере с гиперзвуковыми скоростями; выполнять торможение со снижением при возвращении с орбиты, в процессе разгона до орбитальных параметров и в процессе снижения выполнять маневрирование для прохода заданной трассы и выхода на заданную орбиту
и заданный аэродром; изменять плоскость орбитального полета.
Из-за сложности решения комплекса научно-технических, технологических и эксплуатационных проблем создания одноступенчатого ВКС в ходе проектирования было решено, что целесообразно практические работы начать с постройки и испытаний экспериментального ВКС несколько меньшей размерности, чем окончательный вариант, необходимость создания которого обусловлена невозможностью натурного моделирования на наземных установках при числах М=6...8 явлений аэротермодинамики, процессов горения в двигательной установке, процессов нагрева конструкции. На этом летательном аппарате должны быть проверены в реальных условиях полета новые концепции и технические решения, заложенные в аэродинамическую схему, силовую установку, конструкцию и теплозащиту планера, самолетных систем, двигателей и оборудования.
Программа по созданию экспериментального ВСК разбита на два этапа: создание экспериментального гиперзвукового самолета (ЭГС) с максимальной скоростью полета до М=5...6 и создание экспериментального ВКС - прототипа одноступенчатого многоразового ВКС, обеспечивающего проведение летного эксперимента во всей области полетов, вплоть до выхода в космос. Создание летательного аппарата по первому этапу укладывается в рамки глубокой модернизации одного из существующих сверхзвуковых летательных аппаратов. В настоящее время в ОКБ определились по основным техническим решениям ВКС второго этапа.
Для ВКС принята аэродинамическая схема "бесхвостка", все элементы ВКС конструктивно интегрированы вокруг силовой установки, состоящей из четырех ТРД, находящихся в хвостовой части, основного разгонного ШПВРД, расположенного под фюзеляжем в задней его части, и двух ЖРД для маневрирования в космическом пространстве, установленных между ТРД. ВКС имеет треугольное крыло относительно небольшой площади и малого удлинения, большую роль в создании подъемной силы играет фюзеляж с плоской нижней поверхностью. Нижняя поверхность фюзеляжа выполняет и следующие функции: обеспечивает внешнее сжатие воздуха, входящего в ШПВРД, является верхней поверхностью замкнутой камеры внутреннего сжатия воздуха
и сгорания топлива, служит верхней профилированной поверхностью сопла с косым срезом. Органы управления -элевоны на крыле и руль поворота на киле. Основной двигатель - ШПВРД включает в себя воздухозаборник внешне-внутреннего сжатия, регулируемые камеры сгорания с косым срезом и многоканальную систему подачи топлива. Воздушные каналы ТРД после достижения скорости М=2..2,5 и начала работы ШПВРД закрываются заслонками, которые в открытом состоянии образуют входное устройство воздухозаборников ТРД. Основной разгонный режим выполняется на ШПВРД.
В носовой части фюзеляжа расположена кабина экипажа на двух членов экипажа. Система автоматического спасения экипажа обеспечивает спасение от земли до максимальных высот. Носовая часть - отделяемая вместе с кабиной - прорабатывалась в двух вариантах: с отделяемой и спасаемой на парашюте кабиной экипажа и катапультируемыми креслами самолетного типа.
За кабиной экипажа находится технический отсек радиоэлектронного оборудования, в этот же отсек убирается передняя стойка шасси. Средняя и задняя части фюзеляжа заняты топливным баком с жидким водородом. Для питания ЖРД окислителем в хвостовой части фюзеляжа установлен кислородный бак. Все двигатели в качестве горючего используют жидкий водород из единой топливной системы.
Шасси ВКС нормальной трехточечной схемы с носовым колесом: передняя стойка со спаренными колесами малого диметра с высоким давлением в пневматиках колес, основные стойки - одноколесные, убирающиеся в фюзеляж в отсеки в районе крыла.
Экспериментальный ВКС второго этапа по предварительным расчетам ОКБ должен иметь взлетную массу в пределах 70-90 т. В окончательном варианте взлетная масса ВКС увеличится до 210-280 т. Подобный аппарат будет доставлять на околоземную орбиту высотой 200^400 км полезный груз в 6-10 т. Компоновочно он будет повторять экспериментальный ВКС, но, в отличие от него, планируется, устанавливать более мощный ШПВРД, число ТРД - увеличить до 6, как и на экспериментальном ВКС устанавливать два ЖРД.
В настоящее время в ОКБ продолжаются исследовательские и экспериментальные работы по программе создания ВКС Ту-2000. На экспериментальном ВКС будут использоваться катапультируемые кресла с предварительным отделением носовой части и кабины экипажа.
Основные проектные данные экспериментального ВКС:
Гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели, предназначенные для использования на ВКС, разрабатываются в ЦИАМ и проходят испытания на беспилотных моделях и в натурных условиях.

Теги: ,