Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США

Аппарат Х-38

С началом разработки МТКС «Спейс Шаттл» исследования по перспективным воздушно-космическим самолетам и ракетопланам были практически приостановлены. Конструкторский интерес к аппаратам: с несущим корпусом вновь стал проявляться в конце 1980-х — начале 1990-х годов. Наиболее крупные программы, предполагавшие создание ВКС с такой аэродинамической схемой, освещены ниже. Этот же раздел завершает проект Х-38, непосредственно связанный с разработками прошлых лет.

В 1998—2001 гг. в рамках программы Х-38 NASA провело серию летных испытаний возможного прототипа спускаемого с орбиты аппарата Crew Return/Rescue Vehicle (CRV), предназначенного для экстренной эвакуации экипажа Международной космической станции (МКС) при возникновении различных кризисных ситуаций: крупной аварии на борту орбитального комплекса, серьезного заболевания кого-Либо из астронавтов или приостановления полетов МТКС «Спейс Шаттл». На начальном этапе сборки и эксплуатации МКС эти функции должен выполнять российский трехместный корабль «Союз». Позднее, когда численность экипажа станции возрастет до шести-семи человек, потребуется более вместительный спускаемый аппарат, а возможно, и не один.

В 1995 г. Центр Джонсона в инициативном порядке приступил к изучению проектного облика корабля спасения CRV. В качестве основных требований, предъявленных к перспективному изделию, указывались следующие:

— продолжительность нахождения в космосе в составе МКС — один год с возможностью увеличения срока до трех лет;

— доставка к станции — на борту МТКС «Спейс Шаттл» или обычными ракетами;

— вместительность — 6 человек без скафандров;

— время, необходимое для отделения от МКС, — несколько минут;

— продолжительность автономного полета — 9 ч;

— точность приземления — 9 км.

Для корабля CRV специалистами рассматривался традиционный набор аэродинамических схем: баллистическая капсула, несущий корпус и крылатый аппарат самолетного типа. Последний был отклонен из-за высокой стоимости и сложности проекта (например, создание гидравлических систем, рассчитанных на длительное пребывание в космосе, представляется трудноразрешимой задачей). Незначительная боковая дальность спускаемых капсул при необходимости посадки в заданном районе ставила дилемму: либо увеличение длительности автономного полета в космосе до 18 ч для прохождения определенной точки схода с орбиты, либо активное использование бортовой двигательной установки. И то и другое приводило к существенному увеличению массы изделия: в первом случае в результате повышения ресурса систем жизнеобеспечения, а во втором из-за дополнительных запасов топлива.

Таким образом, наиболее оптимальным вариантом оказался аппарат с несущим корпусом. Маневренные характеристики таких ВКС позволяют осуществлять сход с орбиты каждые 3—4,5 ч.

Проблемы, связанные с низким аэродинамическим качеством на дозвуковых скоростях: некоторые сложности пилотирования, высокая посадочная скорость до 460 км/ч, длинный пробег и т.п., были исключены отказом от обычной самолетной посадки. Приземление корабля CRV должна обеспечить парашютная система типа летающее крыло. В этом случае горизонтальная скорость изделия при касании земли опорами лыжного шасси не превысит 65 км/ч, вертикальная составляющая будет около 3,6 м/с, что соответствует нормам безопасности, в том числе и для больных или травмированных астронавтов. Другим преимуществом такой посадки является то, что исключается необходимость нахождения на борту аппарата профессионального пилота. Полет корабля CRV проводится в автоматическом режиме. Участие астронавтов ограничивается лишь выбором места посадки и времени схода с орбиты, а также управлением парашютом на заключительном участке спуска.

Изучение условий полета корабля CRV на различных этапах возвращения на Землю и отработка ключевых элементов перспективного ВКС стали основными задачами проекта Х-38. Данный проект был утвержден с весьма ограниченным бюджетом, что соответствовало выдвинутой в те годы руководством NASA концепции «Быстрее, лучше, дешевле» (Faster, Better, Cheaper). Поэтому на создание четырех экспериментальных аппаратов (двух для бросковых испытаний и двух для выполнения реального космического полета) выделялось 80 млн долл. На реализацию всей программы CRV, предусматривавшей создание четырех штатных кораблей, предполагалось израсходовать всего 500 млн долл., тогда как разработка спускаемой капсулы типа применявшейся в составе корабля «Аполлон» тогда оценивалась в 2 млрд долл.(После начала работ по проекту Х-38 выявилось резкое несоответствие утвержденного бюджета реальным затратам, в связи с чем NASA было вынуждено существенно увеличить ассигнования на разработку экспериментальных моделей, ограничившись при этом испытанием одного орбитального аппарата.)

В целях экономии средств специалисты Центра Джонсона решили сократить объем предварительных исследований и выбрали в качестве прототипа новых экспериментальных аппаратов ракетоплан Х-24А. Данное решение было продиктовано наиболее детальной цроработкой последнего изделия: только продолжительность продувок его масштабных моделей в аэродинамических трубах составила 5000 часов. Кроме того, в отличие от других аппаратов с несущим корпусом схема этого ракетоплана была испытана не только на сверхзвуковых и дозвуковых скоростях, но и в условиях суборбитального полета и входа в атмосферу на высоких гиперзвуковых скоростях (имеются в виду запуски моделей Х-23А).

В итоге аппараты Х-38 практически полностью повторили конфигурацию базового изделия вплоть до обводов фонаря кабины пилота (наиболее заметным их отличием стало отсутствие центрального киля). При создании новых моделей представители фирмы «Scaled Composites», которая стала головным разработчиком, попросту снимали шаблоны с аппарата SV-5J, находящегося в музее Академии ВВС. Также для упрощения расчетов были завышены предельно допустимые нагрузки на корпус изделия, и вместо традиционного для аэрокосмической промышленности коэффициента 1,4 был принят троекратный запас прочности.

Для проведения бросковых испытаний аппарата Х-38 было изготовлено две модели У-131и V-132, к орбитальному полету готовилась модель V-201. Первые представляют собой 80%-ную копию корабля CRV, их длина составляет 7,2 м, поперечный размер — 4,5 м, а масса — 6-6,З т. Модель V-201 длиной 9 м, шириной 5,4 м и массой около 9 т практически идентична штатному изделию.

Корпус моделей серии «130» выполнен в основном их композитов, у орбитального аппарата кабина экипажа и хвостовой отсек имеют алюминиевую конструкцию и обшивку с покрытием из графито-цианатного материала на эфиро-эпоксид-йой основе (graphite-cyanate ester ероху). Для его теплозащиты предлагалось применять усовершенствованные плитки с орбитальной ступени МТКС «Спейс Шаттл». Двигательная установка изделия, которая должна сбрасываться перед входом в плотные слои атмосферы, комплектуется восемью гидразинными ЖРД тягой по 11 кг каждый.

Отличительной чертой проекта Х-38, как и всей программы создания МКС, является его международный характер. Активным партнером NASA стало Европейское космическое агентство ESA, также проводящее исследования по многоразовым авиационно-космическим системам. Значительный объем работ по аэродинамическому расчету модифицированной модели был выполнен французской компанией «Dassault», хвостовой отсек, носок и передние кромки килей изготовлены немецкими фирмами «MAN Technologie» и DASA (ныне входящей в состав консорциума EADS), посадочные опоры спроектированы в Испании и т.п.

Бросковые испытания аппаратов Х-38, которые проводились на базе Эдвардз, начались в марте 1998 г. с десятимесячным отставанием от первоначально составленного графика работ. Целью первого полета была отработка техники развертывания парашютной системы, поэтому использовавшаяся модель V-131 никаких маневров не выполняла (все управляющие поверхности: два под фюзеляжных щитка и рули направления на килях находились в фиксированном положении).

Отделение аппарата от самолета В-52 произошло на высоте 7 км при скорости 323 км/ч (вкл. 17). На 4 с свободного полета был осуществлен выброс тормозного парашюта диаметром 18 м, который размещался в хвостовой части корпуса. После перецепки строп парашюта на передний узел подвески (Т+11с) началось вращение изделия, завершившееся после двух полных оборотов. На высоте 4,5 км в момент Т+54 с сработала система раскрытия основного купола площадью 510 м2 (этот парашют-крыло имеет размах 43 м и массу 362 кг, для штатного изделия готовился парашют площадью 680 м²). Данная операция, длившаяся около 30 с, сопровождалась противоположным вращением модели, кроме того, произошел частичный разрыв одной из секций парашюта.

Тем не менее это не привело к ухудшению ситуации и на высоте 3,6 км спуск стабилизировался, скорость снижения уменьшилась до 6—9 м/с при горизонтальной составляющей в 63—90 км/ч. В момент касания земли данные параметры имели значение 5,1 м/с и 61 км/ч соответственно. Перегрузка при этом достигла 11,4 единицы, смягчение удара обеспечили сминаемые амортизаторы опор с рабочим ходом 56 см. Общая продолжительность полета составила 7 мин 19 с, дальность перелета — 2,9 км.

^{Спуск аппарата X-38}

На устранение выявленных недостатков парашютной системы, разработанной фирмой «Pioneer Aerospace», потребовался почти год. Второе испытание модели V-131, прошедшее в расчетном режиме, состоялось в феврале 1999 г. После этого полета использовавшийся аппарат подвергся некоторой модернизации: на нем был установлен макет стыковочного устройства и изменена форма хвостовой части фюзеляжа, верхняя поверхность которой приобрела более плавные без характерного излома обводы (это было сделано с целью изучения возможностей увеличения внутреннего объема изделия).

Полеты усовершенствованной модели с обозначением V-131R возобновились в конце 2000 г. В период доработки первого изделия бросковые испытания с постепенным увеличением высоты отделения и продолжительности полета выполнялись с использованием второго аппарата.

Наиболее сложным стало восьмое испытание, состоявшееся в декабре 2001 г. Отцепка аппарата Х-38 от самолета В-52 была произведена на высоте 13,7 км. В течение минуты автономного полета модель развила скорость 805 км/ч. На высоте около 9 км началось раскрытие парашютной системы.

Управление парашютом при планирующем спуске, длившемся 12 мин, осуществлялось по командам из Центра Драйдена, где был оборудован зал, имитирующий кабину аппарата Х-38. Оператор (профессиональный астронавт) получал информацию о ходе полета с видеокамер, установленных на модели, при этом использовалась специальная компьютерная программа «Landform», представляющая трехмерное изображение рельефа местности по трассе полета. Испытание успешно завершилось посадкой модели с горизонтальной скоростью 64 км/ч.

Данный полет стал последним испытанием моделей Х-38.

В середине 2002 г. из-за значительного перерасхода средств на развертывание и эксплуатацию орбитальной станции NASA объявило о прекращении работ как по аппаратам Х-38, так и проекту CRV в целом. К тому времени стоимость создания штатного корабля спасения уже оценивалась в 1,3—1,5 млрд долл. Поэтому в целях экономии средств NASA сочло целесообразным продолжать эксплуатацию МКС с экипажем из трех человек.Пересмотренные NASA планы вызвали негативную реакцию у европейских организаций. Подобное развитие событий существенно ограничило участие исследователей ESA в эксплуатации МКС и практически обесценило весомый вклад европейских компаний в программу Х-38, в том числе и в создание орбитальной модели, сборка которой близилась к завершению. Объем незаконченных работ по изделию выражался в 50 млн долл. Для его выведения в космос на борту МТКС и проведения орбитального полета с возвращением на Землю требовалось изыскать всего около 80 млн долл.

В связи со сложившейся ситуацией ESA выразило готовность принять на себя значительную часть расходов, связанных с подготовкой орбитальной модели к запуску и последующей разработкой аппарата спасения CRV. В ходе состоявшихся переговоров европейская ставка была доведена до 500 млн долл. Однако американская сторона не приняла этого предложения.

Таким образом, очередная попытка создания ВКС с несущим корпусом окончилась неудачей. Прагматический расчет, высокий технический риск и финансовые ограничения не позволяют руководству космических программ отклоняться от уже апробированных схем и конструкторских решений. Со всей наглядностью это проявилось уже при разработке МТКС «Спейс Шаттл».

<<<Назад Страница 40 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz