В России разработан проект многоразовой двухступенчатой авиационно-космической системы

Запуск спутников в космос с воздушного носителя давно рассматривался как способ облегчения доступа человека в ближний космос. В России давно велись разработки так называемой аэрокосмической системы (АКС). И если раньше воздушный старт рассматривался исключительно с точки зрения боевого применения, то сегодня он рассматривается как способ вывода на орбиту и гражданских спутников. Самолётом-носителем для этого выбран надёжный военно-транспортный Ил-76.

Идею использовать воздушный старт для изучения ракет на гиперзвуковых скоростях подхватили после войны. Несмотря на то, что первые успешные эксперименты прошли в США, в России также велись разработки гиперзвукового самолёта-разгонника, который на высоте до 30 км отделялся от самолёта-носителя. Однако начатый в 1964 году проект был закрыт в 1969 году.

В дальнейшем уникальный авиационный ракетный комплекс космического назначения получил своё развитие в Акционерном обществе «Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева». Разработка велась по заказу корпорации «Воздушный старт» ведущими предприятиями авиационно-космической отрасли России и Украины.

Этот проект был предназначен для доставки полезных грузов на различные околоземные орбиты, включая геостационарную. Ракета размещалась на самолёте-носителе АН-124-100ВС и по расчётам могла выводить спутник массой 3,9 тонны на низкую орбиту, массой 1,5 кг на геопереходную орбиту и 650 кг - на геостационарную орбиту.

Однако по расчётам инженеров компании «Лин Индастриал», грузоподъёмность самолета АН-124-100ВС «Руслан» является избыточной для данного проекта, поэтому инженеры решили рассмотреть другие самолёты для воздушного старта.

Проект двойного назначения

Компания «Лин Индастриал» разработала свой проект многоразовой двухступенчатой авиационно-космической системы (АКС) двойного назначения. Генеральным конструктором проекта является Александр Ильин.

Заказчиком, которого в компании не называют, была поставлена задача разработать систему, которая позволяла использовать АКС «Вьюга» для проведения технологических и общебиологических исследований на коммерческой основе, а также для получения новых материалов в условиях космического полёта. Кроме того, система может применяться для запуска микроспутников массой до 450 кг.

Для военных эта система может быть крайне полезной. Так как воздушный старт даёт возможность запуска на орбиты в широком диапазоне наклонений, с её помощью возможна инспекция и перехват космических аппаратов. Более того, такой спутник мог бы вполне нести высокоточное оружие.

Основными преимуществами авиационно-космической системы является многоразовость, использование в качестве самолёта-носителя доступного и надёжного Ил-76, возможность запусков на орбиты в широком диапазоне наклонений, экологическая безопасность. Мобильность системы давала возможность запусков космических аппаратов с территорий стран-заказчиков, что также является сильным преимуществом для коммерческих стартов.

Как пояснил телеканалу «Звезда» гендиректор компании «Лин Индастриал» Алексей Калтушкин, данный проект будет интересен учёным, которые исследуют различные слои атмосферы и испытывают в этой среде оборудование.

По его словам, данная система проигрывает по стоимости классическому ракетному подходу, но выигрывает в плане удобства для отдельных заказчиков.

«Иногда возникает ситуация, когда нет подходящих пусковых систем для запуска суборбитального оборудования. Все-таки ракета имеет определенный цикл производства, время подготовки, и в этом случае ожидание выходит порой дороже чем сам старт. Учёные могут ждать год или два, чтобы запустить свой прибор в космос. Вся работа может встать. Например, прежде чем запустить большой спутник, они могут проверить часть оборудования на каком-нибудь кубсате (малом спутнике). Поэтому им в некоторых случаях выгоднее использовать авиакосмическую систему и переплатить сейчас, чем ждать несколько лет запуска большого аппарата», - пояснил Калтушкин.

Почему Ил-76?

Стоит отметить, что инженеры компании не сразу выбрали Ил-76 в качестве самолёта носителя, рассматривались и М-55Х «Геофизика» и МиГ-31.

Как рассказали в «Лин Индастриал», высокий практический потолок самолёта М-55Х «Геофизика» (20,4 км) позволял получить значительный выигрыш характеристической скорости АКС, необходимой для выведения на орбиту за счёт уменьшения аэродинамических потерь. Но малая целевая нагрузка (3,5 т) не позволяла создать многоразовую авиационно-космической систему. Единственный возможный в данном случае вариант — это одноразовая кислородно-водородная ракета с полезной нагрузкой порядка 10–50 кг.

Высокий практический потолок МиГ-31 (20,6 км) и большая, чем у М-55Х грузоподъёмность (5-6 тонн), делали данный самолёт весьма реальным кандидатом на роль носителя АКС. Но основное преимущество МиГ-31, его высокая скорость, могло быть реализовано только с малогабаритным грузом.

Схема авиационно-космической системы "Вьюга"

Размещение груза «на спине» не позволило бы использовать МиГ-31 как сверхзвуковой разгонщик. Создание полностью многоразовой системы на базе МиГ-31 если и возможно, то с полезной нагрузкой не более 30-60 кг.

Вариант с использованием широко распространенного военно-транспортного самолёта Ил-76 проигрывает двум предыдущим вариантам по высоте подъёма (12 км), но значительно опережает их по массе полезной нагрузки (43,4–47 т).

В случае крепления АКС «на спине» необходимо предусмотреть не только специальные крепёжные конструкции, но и укрепляющие конструкции внутри самолёта. У первой ступени АКС необходимо предусмотреть крылья, создающие подъёмную силу для отделения от самолёта. Возможность реализации подобного разделения доказывает сброс корабля «Энтерпрайз» (типа «шаттл») во время испытаний с самолёта B-747.

Масса АКС с учётом оборудования для крепления — 35 т, высота разделения — 10 км. При этом, для передачи нагрузок на самолёт-носитель используется специальная внутренняя ферма, габаритные размеры которой позволяют разместить её в грузовом отсеке Ил-76.

Схема вывода аппарата в космос — Схема вывода спутника в космос

Как работает авиакосмическая система

Взлёт Ил-76 с закреплённой "на спине" первой и орбитальной ступенями с аэродрома базирования.
Набор высоты 10 000 метров.
Отделение первой ступени с орбитальным блоком от самолёта-носителя.
Возвращение Ил-76 на аэродром базирования.
Работа двигателей первой ступени в течение 185 сек, выход в ближний космос.
Отделение орбитальной ступени на высоте 96 км.
Работа двигателя орбитальной ступени в течение 334 сек.
Выход орбитальной ступени на орбиту на высоте 200 км.
Вход первой ступени в атмосферу Земли.
Полёт первой ступени до аэродрома посадки.
Посадка первой ступени.
Работа двигателей орбитальной ступени, выдача тормозного импульса.
Вход орбитальной ступени в атмосферу Земли.
Раскрытие парашюта орбитальной ступени и спуск на парашюте.
Посадка орбитальной ступени.

С учётом пока ещё редких коммерческих стартов ракет-носителей для вывода на орбиту стаи спутников, аэрокосмические системы могут стать вполне эффективной альтернативой. Использование же самолёта Ил-76 будет определённо весьма эффективной авиационной составляющей этого проекта, поскольку самолёт давно доказал свою надёжность.

Основные параметры АКС

Высота отделения от самолета-носителя Ил-76 ~10 км
Масса космического летательного аппарата — 35 т
Топливо — жидкий кислород + керосин (скорость истечения газов — 3400 м/с)
Массовое отношение компонентов топлива - 2,726
Характеристическая скорость АКС — 8900 м/c

Первая ступень

Снабжена крылом, масса со второй ступенью или военной полезной нагрузкой (ПН) — 35 т
Характеристическая скорость ступени — 4717 м/c
Масса горючего (керосин) — 7050 кг
Масса окислителя (кислород) — 19210 кг
Окислитель размещен в цилиндрическом баке. Масса бака с теплозащитой ~1200 кг.
Горючее размещено внутри фюзеляжа, масса ~450 кг.
Масса носового конуса с теплозащитным покрытием ~75 кг.
Масса крыла, килей, пилонов, механизации ~1550 кг.
Масса двигательной установки ~350 кг.
Масса шасси ~210 кг.
Масса систем управления ~100 кг
Итого (с запасом ~5 кг): масса сухой ступени — 3940 кг, масса заправленной ступени — 30200 кг.