«Dyna-Soar» – неудачливый предвестник «шаттла».


"Dyna-Soar" – неудачливый предвестник "шаттла".Едва первый советский спутник вышел на орбиту, как в Соединенных Штатах уже собрали совещание представителей NАSА и ВВС США, посвященное последствиям этого эпохального события. Помимо рассмотрения потенциальных угроз, американские ВВС выдвинули несколько интересных проектов, разработанных с условием “догнать и перегнать красных”.

Особое внимание при этом уделялось крылатым аппаратам, как средству доставки человека в космос. Данное направление получило существенную поддержку и меньше чем через неделю было образовано объединение из конструкторских бюро трех фирм: Brass Bell, RoBo и HYWARDS. Работы предстояло провести в три этапа.

21 декабря 1957 года командование ВВС выпустило директиву 464L о начале разработки системы Dyna-Soar – небольшого одноместного гиперзвукового ракетоплана.

К 25 января 1958 г. ВВС имели список из 111 потенциальных участников конкурса на концептуальный демонстратор. 10 компаний были выбраны, чтобы получить заявки на предложения, включая Bell, Boeing, Chance Vought, Convair, Douglas, General Electric, Lockheed, Martin Marietta, North American, и Western Electric. Позже, дополнительно к списку были добавлены три крупных аэрокосмических подрядчика, McDonnell, Northrop и Republic, хотя в результате объединения нескольких фирм в группы было фактически получено только девять предложений, которые могли конкурировать за получение контракта на научные исследования.

Само название было сокращением от Dynamic Soaring (Разгон и Планирование), а в её основу был положен принцип бомбардировщика-“антипода”, сформулированный ещё в 1930-е гг. австрийским профессором Зенгером (об этом проекте уже рассказывалось ранее).

ракетоплан Х-15

На 1-м этапе главная идея состояла в том, чтобы создать аппарат для получения данных о режимах полёта на скоростях, значительно превышающих показателя ракетоплана Х-15, который ещё даже не был построен. Ожидалось, что Dyna-Soar достигнет скорости 5,5 кмс и максимального потолка 50 км при условии использования стартовых ускорителей HYWARDS. На этом же этапе планировали протестировать аппарат на предмет его военного использования.

2-й этап предусматривал использование 2-х ступенчатого стартового ускорителя, который разгонял бы аппарат до скорости 6,7 кмс и позволял бы достичь высоты 106,8 км. Максимальная дальность полёта составила бы 9250 км. Этот проект прорабатывался фирмой Brass Bell.

3-й этап был более интересен. Дело в том, что в январе 1958 года на закрытой конференции, устроенной командованием ВВС, производился отбор проекта для запуска человека в космос (Project 7969, “Man in Space Soonest”). В марте было сформулировано два основных подхода.

В рамках первой концепции, названной “Satelloid”, предполагалось создать многоступенчатую ракету, где роль последней ступени выполнял бы самолёт. Согласно техническому заданию самолет должен был доставляться на орбиту 200-300 км, где производился его разгон до 8 кмс. К разработке привлекли три фирмы (Republic, Lockheed и North-American), каждая из которых представила собственный проект ракетоплана. Из них до стадии прототипа был доведён только Х-15, первый полёт которого состоялся в 1959 г.

межконинентальной баллистической ракеты (МБР) “Atlas”Вторая концепция была несколько более сложной и основывалась как-раз на проекте Зенгера. Эту схему предпочли сразу шесть фирм. Фирма Convair предложила планер с дельтавидным крылом массой 11,300 фунтов (5126 кг), включающий воздушно-реактивные двигатели для посадки, причем стартовый ускоритель не предусматривался (хотя Convair был основным подрядчиком межконинентальной баллистической ракеты (МБР) “Atlas”, предложенным в качестве носителя другими конкурентами. “Atlas” вскоре стал постепенно сниматься с вооружения как МБР, но был широко использован в проекте “Mercury”, и продолжает оставаться важным носителем для запусков в космос и в 1990-е годы).

Проект фирмы Douglas использовал планер массой 13,000 фунтов (5897 кг) со стреловидным крылом, стартующий с помощью трех модифицированных ступеней МБР “Minuteman”, работающих параллельно. Добавление второй ступени позволяло бы аппарату достигнуть орбиты, но первоначально планер не имел соответствующих систем жизнеобеспечения для длительного орбитального полета. Фирма McDonnell предложила подобный проект со стреловидным крылом, но выбрала для старта модифицированную МБР “Atlas”. Фирма Northrop предложила планер массой 14,200 фунтов (6441 кг), запускаемый гибридным ускорителем, использующим твердое горючее и жидкий окислитель.

Группа Bell-Martin разработала планер массой 13,300 фунтов (6033 кг) с дельтавидным крылом и экипажем из двух человек. Аппарат должен был использовать модифицированную МБР “Titan” в качестве ракеты-носителя. Фирмы Boeing и Vought, собравшись с силами, предложили совместно небольшой планер массой 6,500 фунтов (2948 кг) с дельтавидным крылом, использующий связку двигателей МБР “Minuteman” в качестве стартового ускорителя. Планер группы Boeing-Vought был способен нести полезный груз в 500 фунтов (227 кг), который включал пилота в высотном скафандре и фактически оставлял слишком мало места для чего-нибудь еще.

Boeing-Vought и Bell-Martin взялись за разработку полноценного орбитального космического аппаратаСоглашение о межведомственном сотрудничестве NАSА, ВВС и фирм-разработчиков, было подписано 14 ноября 1958 года, после чего группы Boeing-Vought и Bell-Martin взялись за разработку полноценного орбитального космического аппарата, в то время как остальным выдавалось задание на проектирование исследовательских гиперзвуковых самолётов.
С учетом того, что финансирование военной сферы сокращалось, программу Dyna-Soar сократили до 2-х фаз: непосредственно предоставление готового проекта и испытания прототипа.

Вместе с этим изменились требования к самолёту. Теперь он должен был иметь массу планера от 3000 до 6000 кг, скорость не менее 7,6 кмс на высоте 90 км и большую стреловидность крыла по передней кромке. Второй этап должен был начаться не ранее января 1962 года, а первые суборбитальные полёты планировалось провести только к осени 1963 г.

Далее предусматривалось создание военной модификации Dyna-Soar II. Разрабатывались различные модификации аппарата – орбитальный бомбардировщик, фоторазведчик, существовал вариант для инспекции и перехвата спутников противника на орбите. Вооружение боевого орбитального самолёта могло включать ракеты класса “космос-космос”, “космос-воздух” или “космос-Земля”, а также обычные бомбы.

Спустя год (23 апреля 1959 г.) Управление по научным исследованиям Министерства Обороны потребовало внести изменения в проект. В очередной раз был поднят вопрос о создании гиперзвукового ракетоплана с расчетной скоростью 6,7 кмс без применения стартовых ускорителей.

x-20_dyna_soar_prototype

Впрочем, 29 ноября появился ещё один вариант технического задания на Dyna-Soar, а Межведомственный комитет вернулся к старому 3-х фазному плану. Новая 1-я фаза обуславливала создание прототипа пилотируемого планера массой 3000-4200 кг, коотрый предстояло запустить в суборбитальный полёт при помощи ракеты-носителя “Titan I”. Второй этап заключался в достижение орбитальных скоростей и отработки маневрирования в космосе, а третий планировал создать полномасштабную орбитальную боевую систему с использованием ракеты-носителя “Titan III”. Этот план был одобрен 2 ноября 1959 года.

Первый из 19 запусков прототипа Dyna Soar собирались провести в апреле 1962 года, в июле – первый суборбитальный полёт, а со второй половины 1964 года запланировали 8 суборбитальных полётов с пилотом на борту.

Победителем в конкурсе была объявлена группа Boeing-Vought, хотя вторая из них в конечном итоге разрабатывала лишь высокотемпературного носового обтекателя. В свою очередь, фирма Martin получила задание на разработку специального варранта ракеты “Titan”, предназначенную для доставки аппаратов типа Dyna-Soarна низкие космические орбиты.

Контракт на поставку 10 прототипов (System 620L) был подписан 27 апреля 1960 года – им присвоили серийные номера от 61-2374 до 61-2383. Программа закупок была следующей: два аппарата в 1965 г., четыре – в 1966 г. и два – в 1967 г. Ещё два корпуса предназначались для наземных тестов.

6 декабря был заключен дополнительный контракт с фирмой Honeywell, которая занялась разработкой основных бортовых систем.

Разумеется, частые смены технического задания и планов строительства не влияли положительным образом на развитие проекта, что задержало сборку первых образцов Dyna-Soar на несколько лет. Этап разработки и проектирования ракетоплана занял около 2-х лет, при этом финальный вариант был удивительным образом похож на проект фирмы Bell-Martin.

x-20_dyna-soar

Компоновка Dyna-Soar содержала ряд интересных технических решений. Конструкция аппарата была выполнена по “горячей схеме” с радиационным охлаждением (сброс тепла излучением) – из чрезвычайно тугоплавких металлов и сплавов (молибден, цирконий, сплав рений-ниобий Rene 41), без использования абляционных или теплопоглощающих керамических покрытий, остекление пилотской кабины было закрыто сбрасываемым после прохождения плотных слоёв атмосферы щитком.

Этот щиток закрывал остекление и вид вперед в течение выведения в космос и всех орбитальных операций: для обзора пилот использовал боковые иллюминаторы. Нижний защитный экран из молибдена обеспечивал космоплану массой 4500 кг защиту от температуры не более 1500 градусов, в то время как на передние кромках крыла могли выдерживать нагрев до 1650 градусов.

Для управления аппаратом на заатмосферном участке траектории использовались двигатели системы ориентации, в атмосфере – аэродинамические поверхности, подобные самолетным. Органы управления в пилотской кабине — боковая ручка (крен-тангаж) и педали (рысканье).

В кабине было установлено катапультируемое через верхний люк кресло для спасения пилота на дозвуковых скоростях полёта – менее 1 000 км/ч. Управление аппаратом на всех участках полёта (включая и довыведение на орбиту ступенью TranStage с контролем работы двигателя) осуществлялось вручную пилотом, автоматическое управление отсутствовало. В качестве посадочного шасси из-за высоких температурных нагрузок использовались разработанные фирмой Goodyear полозья с гибкими металлическими щётками.

Масса пустого планера составляла 4912 кг, с полной нагрузкой – 5167 кг. Габаритные размеры были следующими:

длина корпуса – 10,77 м
диаметр корпуса – 1,6 м
размах крыла – 6,22 м
площадь крыла – 32,05 м.кв.

В апреле 1960 года “сверху” потребовали вновь внести изменения в проект, что увеличило массу космоплана. Поскольку запланированная для него ракета “Titan II” оказалась недостаточно мощной, её заменили сначала на “Titan III”, а затем на “Titan IIIC” или “Saturn IB”.

Обновленный план односиткового полёта Dyna Soar выглядел следующим образом. Космоплан стартует с космодрома на мысе Канаверал со стартового комплекса №40 и выводится на орбиту при помощи ракеты-носителя “Titan IIIC”. Через 9,7 минуты после запуска скорость должна была составить 7,5 кмс, что доводило максимальную дальность полёта до 21000 км. После этого аппарат входит в атмосферу на скорости 7,15 кмс и приземляется на авиабазе Эдвардс через 107 минут после старта. Приближение к ВПП происходило бы на скорости 400 кмч, посадка – на скорости 280 кмч.

Однако этого военным показалось мало и они выдвинули требование обеспечить многовитковый полёт, что заставило разработчиков создавать новую систему наведения и тормозную двигательную установку. Первый вариант предусматривал монтаж тормозного двигателя в кормовой части космоплана. По второму варианту в ракете-носителю крепилась 4-я ступень, которая использовалась для точного выведения на орбиту и схода с неё – этот способ тогда показался наиболее приемлемым.

программа Dyna Soar7 ноября 1961 года, уже после полёта Ю.Гагарина в космос, программу Dyna Soar постиг новый удар. От суборбитальных испытаний полностью отказывались, число воздушных запусков уменьшали до 15, первый беспилотный суборбитальный полёт наметили на ноябрь 1964 г.

Тем не менее, развитие проекта продолжалось и 26 марта 1963 года фирма Boeing получила 358 млн. долларов в рамках дополнительного контракта на разработку и производство аппаратов серии Х-20. Запуски теперь планировали проводить с модифицированных бомбардировщиков В-52С, а на мысе Канаверал начали работы по модификации стартового комплекса №40. Военная программа лётных испытаний включала шесть полётов прототипа Х-20А, четыре полёта для испытания оборудования и два дополнительных полёта для отработки “инспекции” или захвата спутников. Также были начаты работы по созданию противоспутниковой модификации Х-20В. Первый пилотируемый полёт корабля Dyna-Soar-3 на один виток предполагался в июле 1966 г, пилот – Jim Wood, первый многовитковый полёт – в 1969. Изучалась также возможность стыковки аппаратов Х-20 с будущей военной орбитальной станцией MOL.

Согласно последним изменениям одновитковый полёт по схеме “разгон-планирование” выводил космоплан на высоту до 160 км при скорости 7,5 кмс. Затем аппарат совершал “нырок” в атмосферу до высоты 60-70 км и в нижней точке производил бомбометание. После этого Dyna Soar вновь уходил в космос (потеряв часть скорости за счёт аэродинамического торможения) на меньшую высоту; пролетев некоторое расстояние в космическом пространстве, снова совершал погружение в атмосферу и так далее, по траектории с затухающей амплитудой, вплоть до обычной самолетной посадки на аэродроме (посадочный пробег – около 900 м.). Дальность такого полёта была в пределах одного витка вокруг Земли.

dynasoar launchers

В случае многовиткового полёта аппарат типа Х-20А с разгонным ЖРД выводился на орбиту при помощи ракеты “Titan- IIIC” и набирал первую космическую скорость.

Далее космоплан мог совершать необходимые маневры при помощи третьей ступени и оставаться в космосе несколько суток.

Программа такого полёта могла быть самой разнообразной, от простой инспекции спутников до их уничтожения.

Предполагалась установка систем радарного/оптического обнаружения цели и бортового вооружения.

Существенно, что в ходе погружения в атмосферу аппарат мог совершить боковой аэродинамический маневр, изменяя таким образом наклонение орбиты, после чего двигатели снова разгоняли его, выводя на орбиту.

Этот маневр, называемый “синергическим”, позволял изменить наклонение орбиты на 20.3 градуса против 15.8 градусов для чисто ракетного маневра, что давало немалые преимущества для военных миссий, делая траекторию аппарата труднопредсказуемой (в отличие от спутников) и давая возможность зайти на цель с различных курсов.

Кроме того, в рамках программы Dyna-Soar была начата подготовка космонавтов. Еще в апреле 1960 года в обстановке строгой секретности из 10 человек, прошедших медицинское обследование, было отобрано семь астронавтов для подготовки к суборбитальным полетам, и участия в отработке различных элементов управления и посадки.

Ими стали:

Armstrong, Neil Alden (Армстронг, Нейл Олден), от НАСА
Dana, William Harvey (Дана, Уильям Харви), от НАСА
Gordon, Henry Charles (Гордон, Генри Чарльз), от ВВС США
Knight, William Joseph (Найт, Уильям Джозеф), от ВВС США
Rogers, Russel Lee (Роджерс, Рассел Ли), от ВВС США
Thompson, Milton Orville (Томпсон, Милтон Орвил), от НАСА
Wood, James Wayne (Вуд, Джеймс Уэйн), от ВВС США

В связи с тем, что сроки начала полетов по этой программе понемногу сдвигались, летом 1962 года два летчика-испытателя НАСА, Нейл Армстронг (перешел в отряд астронавтов НАСА) и Уильям Дана (продолжил карьеру летчика-испытателя), ушли из программы.

На замену им в группу пилотов был включен еще один летчик ВВС США. Таким образом, когда 20 сентября 1962 года ВВС США официально объявили о создании группы астронавтов, она состояла из 6 человек (5-х военных летчиков и одного гражданского):

Crews, Albert Hanlin Jr. (Круз, Элберт Хенлин мл.), от ВВС США
Gordon, Henry Charles (Гордон, Генри Чарльз), от ВВС США
Knight, William Joseph (Найт, Уильям Джозеф), от ВВС США
Rogers, Russel Lee (Роджерс, Рассел Ли), от ВВС США
Thompson, Milton Orville (Томпсон, Милтон Орвил), от НАСА
Wood, James Wayne (Вуд, Джеймс Уэйн), от ВВС США

Тренировки будущих астронавтов проводились на авиабазе Эдвардс, штат Калифорния, на базе корпорации Boeing в Сиэттле, штат Вашингтон, и на авиабазе Райт-Паттерсон, штат Огайо. Летом 1963 года, видя бесперспективность программы, из группы астронавтов ушел Милтон Томпсон, перейдя в группу пилотов Х-15. Остальные астронавты продолжили тренировки.

Однако, каждый планируемый полет Dyna-Soar “выливался в копеечку” американским налогоплательщикам. Например, для 50 полётов космоплана надлежало выделить 1,2 миллиарда долларов в течении 1965-1972 финансовых годов. Запуски пилотируемого военного варианта Х-20Х с двумя космонавтами требовали ещё 350 миллионов и это при том, что о полномасштабном военном использовании не шло и речи.

К концу 1963 года на программу Х-20 было потрачено 410 млн.долларов США. Было изготовлено несколько массогабаритных макетов аппарата и проведены широкие научно-технические исследования.

10 декабря 1963 г., Министр обороны Макнамара отменил Dyna-Soar в пользу летных испытаний моделей по программу ASSET и передал финансирование X-20 программе Пилотируемой Орбитальной Лаборатории (MOL). Кроме того, начавшаяся “лунная гонка” с СССР вытянула последние финансовые резервы.

Впоследствии программа MOL также была отменена незадолго до выполнения первого полета. По иронии судьбы стартовый комплекс (SLC-6), созданный на Авиабазе Ванденберг для программу MOL, был позже модифицирован для того, чтобы стать стартовой площадкой “Space Shuttle” на западном побережье.

От всей программы Dyna-Soar остался только полноразмерный макет, который демонстрируется сейчас в Национальном Аэрокосмическом Музеей США (Smithsonian National Air and Space Museum).

dynasoar

По матриалам книги А.Первушина “Битва за звезды. Космическое противостояние”
а также сайтов buran.ru и astronaut.ru