В ближайшие годы тема воздушно-космических самолётов (ВКС) — летательных аппаратов, способных летать в космосе и атмосфере, — может обрести второе дыхание. С одной стороны, частные компании не оставляют попыток создать коммерческие аппараты для космического туризма. С другой стороны, развитие технологий приближает нас к вводу в строй воздушно-космических беспилотников, способных годами болтаться в космосе, прежде чем выполнить своё таинственное предназначение. К тому же наследие СССР в виде грузовых кораблей «Прогресс» перестаёт удовлетворять планам дальнейшего развития мирных космических программ. Так что не исключено, что в недрах российских военных и гражданских КБ уже вовсю идут работы по созданию ВКС. И хотя история не любит, когда её «сослагают», но помимо «Бурана» у нас было немало интересных проектов космолётов/космопланов, которые так и остались на бумаге. Вспомним некоторые из них.
О терминологии: сегодня под космопланом подразумевают корабль, выводимый на орбиту с помощью своих двигателей и ракеты-носителя или самолёта-разгонщика. А космолёт — это корабль, достигающий космоса исключительно за счёт собственных двигателей.
МАКСимка
В начале 1980-х, за несколько лет до окончания работ над системой «Энергия-Буран», успешный запуск которой докажет работоспособность конструкции советского космоплана, был запущен в работу проект МАКС — многоразовой авиационно-космической системы. Оставалось ещё несколько лет до ввода в эксплуатацию станции «Мир». И вместо «Прогрессов» и «Союзов» многоразовые пилотируемые и автоматические корабли должны были доставлять на станцию и увозить с неё космонавтов, а также заниматься снабжением.
В рамках МАКС было разработано три вида космопланов:
- Беспилотный одноразовый МАКС-Т. Масса выводимого груза — до 18 т.
- Беспилотный многоразовый МАКС-М.
- Пилотируемый многоразовый МАКС-ОС-П. Длина — 19,3 м, размах крыла — 13,3 м, масса — 27 т.
Для сравнения: «Буран» был длиной 36,4 м, имел размах крыльев 24 м и стартовую массу 105 т.
В отличие от большого и тяжёлого «Бурана», выводимого на орбиту мощнейшей «Энергией», космопланы системы МАКС должны были выводиться одним из шедевров советской авиапромышленности — самолётом Ан-225 «Мрия». Это позволяло сильно удешевить запуски.
К сожалению, несмотря на глубокую проработку проекта и постройку полноразмерных макетов, система МАКС стала жертвой распада страны.
Оцените размеры макета топливного бака:
«Маленькие, но по три»
Через пару лет после начала работы над МАКС в НПО «Энергия» приступили к созданию целого семейства многоразовых пилотируемых кораблей. На проекте «Буран» были отработаны многочисленные идеи, которые легли в основу более компактных, а значит, и куда более дешёвых в эксплуатации кораблей семейства ОК: ОК-М, ОК-М1 и ОК-М2. Как и «Буран», они должны были выводиться в космос с помощью ракет-носителей.
ОК-М имел аэродинамическую схему, аналогичную «Бурану» и МАКС-ОС, но его масса составляла всего 15 т при размахе 10 м и длине 15 м. Он должен был выводить в космос до 3,5 т груза либо четырёх космонавтов (ещё два человека — экипаж). ОК-М1 и ОК-М2 были вдвое тяжелее: масса 30—32 т, длина около 19 м, размах крыльев 12,5 м, масса груза — 7,2 и 10 т соответственно. Экипажи — по четыре человека.
Варианты размещения на ракетах-носителях:
ОК-М2:
«Туполевы» в космосе
В конце 1980-х — начале 1990-х КБ Туполева прорабатывало проект гиперзвукового орбитального бомбардировщика Ту-2000.
Ту-2000 должен был взлетать и садиться самостоятельно и разгоняться до 20—25 Махов. Автономность орбитального полёта — одни сутки, с возможностью полёта в атмосфере с гиперзвуковой скоростью, способностью маневрировать на дозвуковых скоростях. Были разработаны проекты нескольких экспериментальных прототипов:
- Три варианта ВКС Ту-2000А разных размеров (длина 26—55 м) для отработки атмосферных полётов.
- Многоразовый пилотируемый ВКС со взлётной массой около 250—280 т (половина приходилась на топливо, жидкий водород) при длине до 75 м и размахе крыльев 28 м. Экипаж — два человека.
Наконец, на основе ВКС продумывался и стратегический бомбардировщик Ту-2000Б с дальностью 10 тыс. км и взлётной массой 350 т. Его скорость на высоте 30 км должна была составить 6 Махов.
Атомный «гурколёт»
В 1970-х в одном из НИИ Минобороны прорабатывался проект монструозного космолёта с 10 гиперзвуковыми прямоточными воздушно-реактивными двигателями (ГПВРД) для полёта в атмосфере и ядерным реактивным двигателем для полёта в космосе. Он получил обозначение МГ-19 (Мясищев — Гурко, «гурколёт»).
Преимуществом МГ-19 перед системой «Энергия-Буран», разработка которой тоже началась в 70-х, было отсутствие необходимости в ракете-носителе или самолёте для вывода. Циклопических размеров космолёт должен был самостоятельно взлетать, выходить в космос, выполнять необходимые работы и возвращаться на аэродром. При массе около 500 т это чудовище должно было выводить в космос до 45 т груза. Тем не менее проект закрыли на достаточно ранней стадии, вероятно, из-за излишне смелого замысла.
РАКС
РАКС — это российский аэрокосмический самолёт. Работы над ним начались в 1993 году. В рамках проекта создали гиперзвуковую летающую лабораторию «Холод», на которой была достигнута скорость 6,5 Маха.
Затем был разработан экспериментальный гиперзвуковой летательный аппарат «Игла», на котором устанавливался ГПВРД и отрабатывались ещё более высокие скорости полёта — до М = 14.
Дальнейшая судьба проекта РАКС туманна, информация крайне отрывочна, да и та в виде слухов. Вероятно, проект засекречен и сегодня на базе РАКС создаётся наш ответ Пентагону.
Космический клипер
Напоследок нужно упомянуть о проекте космического корабля «Клипер», который стартовал в 1990-х и был закрыт в 2006-м. Это был маленький многоразовый космоплан со стартовой массой 13—14,5 т, создававшийся в двух вариантах: крылатом и бескрылом. Он должен был использоваться и в пилотируемом, и в беспилотном вариантах, и предназначался для ротации космонавтов на космических станциях, перевозки грузов, исследовательских и туристических полётов.
Способность «Клипера» маневрировать в атмосфере была бы довольно ограниченной в связи с малым размером крыльев. Получался баллистический полёт с возможностью коррекции. А уж о бескрылой модификации и говорить нечего — по сути, это просто капсула с парашютной системой посадки. При возвращении на Землю корабль должен был вмещать до шести человек (из них двое — члены экипажа) и до 700 кг груза.
Анимационные гифы:
Ряд наработок для «Клипера» должны использовать в создающейся сегодня «Федерации», но это будет корабль «классической» схемы: вывод в космос ракетой-носителем и баллистический возврат с парашютной посадкой.
* * *
Как упоминалось в начале, возможно, сейчас в российских частных и государственных КБ создаются новые проекты космопланов и космолётов. Однако это ОЧЕНЬ дорогие проекты, что хорошо иллюстрируют разработки NASA и частных американских корпораций. Но всё же хочется надеяться, что мы не упустим свои шансы в этой новой космической гонке.
Комментарии (46)
StanislavHabr
22.02.2017 18:28Гурколёт впечатляет и поражает.
darthmaul
22.02.2017 21:20Не ясно, почему концепцию забросили. Здравая же идея — выйти за пределы атмосферы на хим. двигателях, всё равно основная часть топлива сжигается на разгон до 1-й космической, а не на подьём, а разгоняться уже не спеша нарезая круги на высоте в 100 км над Землёй, используя ЯРД и плавно повышать орбиту. Понятно что конкретно "Гурколёт" слишком огромен, но может современные технологии позволяют его сделать не таким монструозным.
wych-elm
23.02.2017 13:39+2Летающее хранилище радиоактивных материалов, с бонусом внезапного распыления оных в случае взрыва в атмосфере (что более чем вероятно, если посмотреть на опыт шаттлов). Очень здравая идея.
darthmaul
23.02.2017 15:49Если мы (человечество) планируем осваивать другие планеты, то нам придётся научитсья использовать энергию атома безопасно. На керосине на Марс — это почти как с пушки на Луну, в принципе, возможно, но доставить людей туда и обратно не получится. Я уже не говорю про колонизацию или хотя бы добычу ценных металлов на астероидах. Да и не так уж опасен «Гурколёт». Если запускать ядерный двигатель на достаточной высоте, то при его взрыве радиоактивные материалы рассеятся на огромную площадь и лишь слегка увеличат естественный фон. Плюс, можно запускать его над океаном (я так понимаю, запуск — самый рискованый этап работы ЯРД). При взрыве на старте или при прохождении плотных слоёв атмосферы (наиболее вероятная ситуация) свежее ядерное топливо не так уж и радоактивно, и оно не распылится (уран очень твёрдый и плотный), а упадёт цельным куском возле космодрома.
wych-elm
23.02.2017 19:59+1Я про обычный взрыв химического топлива, при полете в атмосфере. Ракеты достаточно часто взрываются. А при взрыве именно ядерного движителя, уран отнюдь не будет твердым, а прекрасно так рассеется в атмосфере. Не очень радиоактивное ядерное топливо — это в реакторах. А это чудо инженерной мысли должно летать фактически на оружейном иначе ба-баха для создания тяги не будет.
Ядерные материалы (любые) крайне опасны, и «играться» с их помощью в освоение пространства, затея, как минимум не разумная.darthmaul
23.02.2017 20:22Я про обычный взрыв химического топлива, при полете в атмосфере. Ракеты достаточно часто взрываются. А при взрыве именно ядерного движителя, уран отнюдь не будет твердым, а прекрасно так рассеется в атмосфере.
При взрыве выключенного ядерного двигателя (а он должен «уметь» останавливать деление иначе расплавится в космосе) ничего не рассеется т.к топливо в нём холодное. Рассеяться топливо может только если взорвать работающий ЯРД, а включать его стоит на достаточной высоте (по сути, в космосе) и над морем.
Не очень радиоактивное ядерное топливо — это в реакторах. А это чудо инженерной мысли должно летать фактически на оружейном
Это да, я не учёл. Упадут сильно радиоактивные топливные пеллеты, но всё таки целые, без рассеивания.
Ядерные материалы (любые) крайне опасны
это да, но других источников энергии подобной мощности нет и судя по всему не предвидится.
KiloLeo
23.02.2017 13:39Логичнее после включения ЯРД «отпустить» основную массу с химическими двигателями на Землю и не тратить энергию и рабочее тело на её разгон. То есть концепция многоступенчатых систем значительно выигрышнее.
darthmaul
23.02.2017 16:55Насколько я понял, тяга ЯРД не так велика как у обычного двигателя, поэтому придётся разгоняться постепенно, используя крылья в разрежённой атмосфере для удержания высоты. А запустить самолёт на ракете сложно с точки зрения компоновки и развесовки. Да и масса «химической» части должна быть не так и значима — она только для подьёма на высоту.
KiloLeo
24.02.2017 00:35Если ЯРД не сможет разогнать маленькую вторую ступень, то разгонять её вместе с гигантской первой тем более нет смысла. Достаточно посмотреть на Ан-224 и МАКС — отчётливо видно соотношение аэродинамической «первой ступени» и ракетной второй. Что было бы, если бы Ан-224 не отпускали на Землю, я тянули его на орбиту МАКСом?
darthmaul
24.02.2017 00:48Что значит не может разгонять? Не может разгонять вертикально — да, а под другим углом — может, почему бы и нет. На МАКС тут не при чём т.к большая часть его взлётного веса — бак с топливом, который (с рабочим телом) будет намного меньше для ЯРД.
KiloLeo
24.02.2017 22:51бак с топливом да, но речь не о нём. Представьте, что вместо МАКС ступень с ЯРД. И зачем ей тянуть за собой огромную Мрию? Тот же вопрос — зачем тянуть на орбиту огромный гурколёт с баками, крыльями, шасси и пр., если достаточно маленькой крылатой ступени с ЯРД?
darthmaul
25.02.2017 01:22Наверное, Вы правы — городить ракетный самолёт, способный подняться на 100 км нет смысла, если возможно запустить крылатый космолёт с ЯРД как вторую ступень ракеты. К тому же первая ступень может быть довольно простой т.к от неё не требуется разгон до 2000 м/с.
Такой КА мог бы совершить революцию в космонавтике: удельный импульс РД-0410 (ядерный) — 900 секунд, а у РД-180 лишь 337 с. Жаль, что сейчас направление забросили, несмотря на то что это технологии 60-х годов, вполне реализуемые.
black_semargl
27.02.2017 18:12Потому что заключили договор о неиспользовании реакторов ниже 800 км.
И вообще, ЯРД получается эффективней химического движка только при использовании водорода, а водородный бак тащить — то ещё удовольствие. Маленький бак весит в разы больше содержимого, а со спутниками в сотни тонн как-то не задалось.darthmaul
27.02.2017 22:31Потому что заключили договор о неиспользовании реакторов ниже 800 км.
Странный запрет. Независимо от высоты орбиты, реактор летит через всю атмосферу на ракете, которая может взорваться как раз в начала полёта. Да, «свежий» реактор не так радиоактивен, как «Б/У», но всё же.
со спутниками в сотни тонн как-то не задалось.
Мы же о космолётах говорим, которые как раз сотни тонн и весят (Шаттл, Буран). И с баком водорода шаттл летал, а для ЯРД водорода нужно меньше.
black_semargl
28.02.2017 04:31Странный запрет.
Считается что пока реактор не включен — он не опасен.
Мы же о космолётах говорим, которые как раз сотни тонн и весят
Ну вот гурколёт, который атомный — по проекту выводил 45 тонн. Делать его в единственном экземпляре — глупо.
И летать чтобы оправдать создание он должен часто — ну хотя бы раз в неделю. Итого 45*52*4 = 10000 тонн груза в год минимум. А куда нам столько?
black_semargl
28.02.2017 09:37Добавлю — для ЯРД водорода нужно где-то вдвое-втрое больше чем для «обычной» ракеты с той же ПН.
А вот кислорода ему совсем не надо — поэтому суммарная масса в разы меньше.
Вот только по экономическим характеристикам беда — стоимость топлива 0.1% от цены запуска, смысл его экономить?darthmaul
28.02.2017 18:40Экономить не копеечное топливо, а массу КА. Насколько я понимаю, космическая техника такая дорогая и одноразовая из-за повсеместного облегчения (90-95% взлётной массы — топливо и окислитель). Двигатели с большим УИ могли бы позволить строить КА «по-самолётному», с запасом прочности на многократные полёты без дорогого обслуживания(как у Шаттлов). А хранение водорода — да, проблема.
black_semargl
01.03.2017 09:00Так не получается оно.
Гурколёт:
Стартовая масса — 500т, масса конструкции — 400т, в т.ч. масса хайтечных элементов — 200т
Обычная керосиновая ракета на ту же ПН
Стартовая масса — 1500т, масса конструкции — 150т, в т.ч. масса хайтечных элементов — 15т
Итого — килограмм ПН на гурколёте на порядок дороже.darthmaul
01.03.2017 21:14Так гурколёт ведь не одноразовый.
black_semargl
02.03.2017 07:23Так тот же ФХ теперь тоже многоразовый планируется.
darthmaul
02.03.2017 15:51Частично, вторая же ступень одноразовая.
black_semargl
02.03.2017 17:29Пока — да. Но есть планы и на её спасение.
Eklykti
03.03.2017 23:23В интервью перед первым пуском с 39а сказали, что для фальконов спасать верхнюю ступень больше не планируется, только на следующем поколении носителей.
zunzon
22.02.2017 18:29+1Кстати, есть также термин SSTO — Single Stage To Orbit.
На сегодня это одна из самых популярных целей в KSP.Eklykti
25.02.2017 06:10В стоковом KSP орбитальная скорость всего 2.2 км/с, там легко построить SSTO.
В земных условиях же гораздо перспективнее будет схема с гиперзвуковым разгонником в качестве первой ступени и орбитальным самолётом в качестве второй.
Но при нынешнем развитии технологий пока проще сделать ракету побольше.
K1801vm2
22.02.2017 20:03а ведь был еще иентересный проект под названием эпос. В железе есть в музее Монино
DrZlodberg
22.02.2017 23:21+1А почему а МАКС-М не симметричные крылья? Или они раскладные (типа — одно сложено, а второе нет)?
Sandmann-bk
23.02.2017 20:57Это на картинке с рендером (где всё-таки МАКС-ОС-П)? Да, так и показаны два положения.
Goodwinnew
23.02.2017 00:11Экономика мешает. Необходимость тащить на орбиту каждый раз лишний вес (крылья, они собственно имеют массу) вызывает дополнительный расход топлива. И пока на существующих двигателях это никак не обходится.
Самая сильная попытка была — это Шаттл, за счет многоразового использования экономически выйграть против лишнего расхода топлива. По расчетам получалось, в реальности не получилось, Шаттл получился дорогим. В Буране вообще особо экономику не считали, задача была победить Шаттл по техническим параметрам. И кстати. победили (плитки термозащиты, полностью автоматическая посадка и пр.).CrazyFizik
24.02.2017 22:04Вероятно как-то неправильно считали: 30 лет полетов, 135 пусков (2 катастрофы) на 5 Шаттлов, плюс — третье место после Сатурн-5 и «Энергия» по грузоподъемности (которые одноразовые и в итоге куда более дорогие), рекорд численности людей одновременно пребывающих в космосе — за один пуск корабль выводит 25 тонн груза и до 8 человек экипажа.
Стоимость вывода 1 кг груза (в которую входит стоимость экипажа в т.ч.) у Шаттла находиться в районе 13-17 килобаксов. Для сравнения, у Союза — стоимость до 11 килобаксов, у Протона — до 13 килобаксов, у Ариана — до 15 килобаксов., Дельта — до 30 килобаксов, Falcon-9 до 12 килобаксов. Т.е. это даже не самый дорогой вид пусков — пуски Дельты обходятся дороже.
Понятно, что есть дешевые Зениты, Днепры, Рокотоы и прочие конверсионные ракеты (ну кстати никто не учитывает первичную стоимость и обслуживание МБР до конверсии), только вот ниши у них разные. Ясно шо выводить кубасаты на НОО с помощью Шаттла выглядит несколкьо глупо. Шаттл — это космический корабль, для которого актуальны задачи по выводу очень и обслуживанию больших грузовых, таких как вывод и последующий ремонт того же Хаббла, например. Научную ценность Хаббла так вообще все выбрасывают из расчетов, при этом без Шаттла — ни вывести на орбиту, ни отремонтировать, ни модернизировать Хаббл (всего 4 экспедиции) не получится. Да и модуль МКС «Рассвет» без Шаттла никак бы не смогли доставить и пристыковать.
Так что тут дело не в экономике. Вся история с Шаттлом отражает общую тенденцию деградации космической отрасли:
— нет запроса на доставку больших грузов (по типу Хаббла и Рассвета) на орбиту
— нет запроса на обслуживание больших спутников
— нет запроса на вывод и долговременное пребывание на КА сразу большой толпы людей
— откровенно говоря космос вообще никому не нужен, а выводить одноразовые спутники мы можем и на допотных ракетах
— банально некому строить новые Шаттлы, старые за 30 лет эксплуатации уже исчерпали свой ресурс, последний Шаттл был построен в 1991 году, кто и как будет восстанавливать их производство? Это наверное была главная проблема.
А экономически нецелесообразным был Буран — многоразовый КА, который выводила на орбиту здоровая и одноразовая «Энергия». Для полетов на Луну или там вывода охренно-больших космических модулей — она годится, а для вывода якобы «многоразового челнока» — нет, пшик. Вот МАКС действительно интересный проект, ключевое там это снижение порога вхождения — полеты там хоть и длительнее, зато с куда меньшими перегрузками, так что банально дешевле и проще выводить куда более хрупкий груз, чем на ракетах, да и не только забрасывать туда сверхлюдей-космонавтов.black_semargl
28.02.2017 09:45Вероятно как-то неправильно считали
Да — каждый должен был совершить по сотне полётов, реально отлетали треть.
Плюс оказалась практически невостребованной главная фича шаттлов — обслуживание и возврат спутников. Буквально по паре полётов для этого.
Ну и полёт пилотируемого корабля в разы дороже из-за требований безопасности экипажа. Беспилотный упал и упал, страховку выплатили и всех делов.
Arxitektor
23.02.2017 08:27+2Вот я сижу и думаю если та же SpaceX захочет построить аналог клипера то она это сделает.
И будет у них полноценная связка возврат первой ступени и возврат корабля по типу шатла.
Но видимо технологии слегка не готовы. Класическая капсула пока даёт больший экономический эффект.
Или вообще смелый вариант гибрид системы МАКС и их возвращаемой первой ступени.
По типу их falcon heavy 3 первых ступени и корабль-вторая ступень с баком.
В теории получается как у шатала меняем только бак. Думаю это реализуем на нашем уровне техники.
Но не даёт пока это схема стоимости вывода как классика иначе думаю SpaceX её бы и применила.
Но для Марса она очень хороша.Eklykti
25.02.2017 06:23ITS вообще планируется полностью многоразовым — большой возвращаемый ускоритель в роли 1 ступени и большой возвращаемый корабль в роли 2, баки которого являются частью фюзеляжа и никуда не выбрасываются.
Возможно, будет уменьшенная версия для работы на околоземной орбите.
Sandmann-bk
23.02.2017 13:40+1Исправление:
МАКС-ОС-ОП — пилотируемый частично многоразовый (бак отделяется и сгорает)
МАКС-Т — беспилотный одноразовый
МАКС-М — беспилотный полностью многоразовый
Зря не упомянута главная фишка — уникальный трёхкомпонентный двигатель, кислород-керосин-водород.
Ну и бескрылый Клипер от Энергии и все капсулы, кроме сферических, всё-таки осуществляют не чисто баллистический спуск.
seminole
23.02.2017 18:29-1Самолёты с крыльями в космосе это гемор. Максимум на что они сгодятся это суборбитальная доставка очень небедных пассажиров из Абу-Даби в Сан-Пауло быстро, без особого комфорта. При этом звуковой барьер они должны проходить над морем. Можно ещё пугать друзей за океаном ядерным оружием но эта задача решается более простыми техническими решениями.
Для доставки грузов на орбиту нужны экологически чистые ракеты которые могут вернуться на землю в исправном состоянии (не обязательно одним куском), желательно для приземления использовать ту же самую силовую установку.
Для освоения солнечной системы человекам нужно сначала найти там что-нибудь полезное, например титан-платина, компоненты топлива и т.д., научится это добывать и перерабатывать в больших количествах в космосе, посторить инфраструктуру на орбите Земли, построить космический, заатмосферный транспорт на чём-то получше чем химия. Между поверхностью Земли и орбитой имхо ничего лучше чистой химии (метан, водород, керосин) не стоит использовать.
Кэпdarthmaul
23.02.2017 21:06Если не использовать ЯРД, то Вы правы. На химии ничего лучше многоступенчатой ракеты (с многоразовыми ступенями) вряд-ли можно построить.
prostovovan
25.02.2017 04:02Многоразовость в космосе на данном этапе развития материаловедения не оправдана.
Zenitchik
О! Мэйл набрёл на «Гурколёт» )))
buran.ru