Tái sử dụng, không gian, hạt nhân: Dự án máy bay M-19
В прошлом советская hàng không промышленность занималась массой самых смелых идей. Прорабатывались проекты воздушно-космических самолетов, альтернативных силовых установок для авиации и т.д. Особый интерес в этом контексте представляет проект М-19 разработки бюро В.М. Мясищева. В нем планировалось объединить несколько самых смелых идей.
М-19 в полёте (в представлении художника)
В начале семидесятых годов советское руководство убедилось в реальности американского проекта Space Shuttle и начало проявлять беспокойство. В перспективе «Шаттл» мог стать носителем стратегического вооружения, и требовался некий ответ на подобную угрозу. В связи с этим было принято решение о форсировании отечественных проектов в области воздушно-космических систем.
В тот период к работам по космической тематике привлекался Экспериментальный машиностроительный завод (г. Жуковский), КБ которого возглавлял В.М. Мясищев. В 1974 г. завод получил новое задание. В рамках темы «Холод-2» он должен был определить возможности создания перспективной ВКС с альтернативными силовыми установками. В частности, следовало проверить концепции двигателей на жидком водородном топливе и ядерной силовой установки. На ЭМЗ новая работа получила обозначение «Тема 19». Проект ВКС позже назвали М-19.
Работу «19» разделили на несколько подпрограмм. Тема «19-1» предусматривала разработку и испытания летающей лаборатории с водородным двигателем. Задачей тем «19-2» и «19-3» являлся поиск облика гиперзвукового и воздушно-космического самолетов. В рамках «19-4» и «19-5» велись работы по ВКС с ядерной силовой установкой.
Общее руководство работами осуществлял В.М. Мясищев, главным конструктором стал А.Д. Тохунц, ведущим – И.З. Плюснин. Не обошлось без привлечения смежников. Так, к работам по ядерному двигателю присоединилось ОКБ Н.Д. Кузнецова.
В.М. Мясищев изначально сомневался в целесообразности нового проекта. Он указывал, что у «традиционных» космических ракет сухая масса составляет 7-8 проц. от взлетной. У бомбардировщиков этот параметр превышает 30%. Соответственно, ВКС нуждается в силовой установке особой мощности, которая сможет компенсировать высокую массу конструкции и обеспечить вывод машины на орбиту.
Проекции самолета
На изучение подобных особенностей будущего М-19 ушло около полугода, но специалисты ЭМЗ все же смогли определить оптимальные облик и характеристики машины. Генеральный конструктор изучил техническое предложение и одобрил его развитие. Вскоре появился проект технического задания, и стартовали конструкторские работы.
М-19 предлагалось строить как многоразовый воздушно-космический самолет горизонтального взлета и посадки. ВКС мог последовательно совершать полеты в космос и обратно, нуждаясь только в некотором обслуживании и дозаправке. М-19 мог бы стать носителем различного вооружения или специальной аппаратуры военного назначения, его можно было использовать в научных целях и т.д. За счет крупного грузоотсека ВКС получал возможность перевозки грузов и людей на орбиту и обратно.
При успешном решении всех инженерных задач М-19 мог получить ядерную энергоустановку. Такое оснащение обеспечивало почти неограниченную дальность полета и возможность выхода на любую орбиту. В перспективе не исключалось применение М-19 при освоении Луны.
Для получения таких результатов требовалось решить массу сложных задач. К планеру ВКС предъявлялись особые требования по механической и тепловой прочности, силовая установка должна была развивать высочайшие характеристики и т.д. Впрочем, расчеты выглядели оптимистично. Готовый образец ВКС М-19 мог бы появиться после 1985 г.
На случай появления новых угроз и вызовов предлагались упрощенные способы применения М-19. Можно было создать «ВКС первого этапа» с меньшей скоростью и высотностью, но способный нести боевую или иную нагрузку. В частности, такой самолет предлагалось использовать в качестве носителя ракетной системы для вывода нагрузки в космос.
Компоновка М-19
При строительстве М-19 предлагалось использовать особые инженерные решения. Так, планер следовало строить из легких алюминиевых сплавов, а обшивку оснащать многоразовым теплостойким покрытием на основе углерода или керамики. Предложенная архитектура предусматривала наличие крупных объемов внутри планера, что позволяло отдать максимальные объемы под топливо.
Оптимальный вариант М-19 имел схему «несущий корпус» с плоским днищем фюзеляжа и треугольным крылом большой стреловидности. В хвосте помещалась пара килей. Фюзеляж переменного сечения вмещал кабину экипажа с биологической защитой и грузоотсек. Хвостовая часть отдавалась под элементы комбинированной силовой установки; под днищем предусматривалась широкая гондола для двигателей. Предлагалось использовать сбрасываемый хвостовой обтекатель ракетного двигателя.
Оптимальной для ВКС посчитали комбинированную силовую установку, включающую 10 турбореактивных и 10 прямоточных двигателей, ядерный реактивный двигатель и дополнительное оснащение. Реактор предлагалось поместить в особую энергопоглощающую оболочку, способную обеспечить спасение активной зоны при различных ударах. Для маневрирования в космосе использовалась отдельная установка с жидкостными рулевыми двигателями.
ТРДДФ на водородном топливе должны были обеспечивать взлет, подъем на 12-15 км и разгон до М=2,5…2,7. Затем жидкий водород должен был передавать тепло реактора на теплообменники перед ТРДДФ, что позволяло усилить тягу и удвоить скорость. После этого можно было включать ПВРД, а ТРДДФ переводить на авторотацию. За счет прямоточных двигателей предлагалось разгоняться до М=16 и подниматься на высоту 50 км. Максимальная суммарная тяга воздушно-реактивных двигателей достигала 250 тс.
На этом режиме ВКС должен был сбрасывать хвостовой обтекатель и включать маршевый ЯРД. Последний отвечал за нагрев водорода перед выбросом через сопло. Расчетная тяга ЯРД достигала 280-300 тс; суммарная тяга всей силовой установки – не менее 530 тс. Это позволяло поддерживать высочайшую скорость и выходить на орбиту.
Компоновка силовой установки
ВКС М-19 должен был иметь длину 69 м (без сбрасываемого обтекателя) и крыло размахом 50 м. Взлетная масса достигла 500 т. Сухой вес составлял 125 т, на топливо приходилось 220 т. В грузоотсеке размером 4х4х15 м можно было поместить до 40 т нагрузки. Потребная длина взлетно-посадочной полосы составляла 4 км.
Собственный экипаж М-19 включал от трех до семи человек, в зависимости от поставленной задачи. При выполнении тех или иных миссий в грузоотсеке мог помещаться обитаемый космический аппарат со своим экипажем. Высота опорной орбиты составляла 185 км, что обеспечивало решение широкого круга научных и военных задач.
Еще до формирования окончательного облика ВКС «19» в рамках темы «Холод-2» стартовали различные научно-исследовательские работы, направленные на решение широкого круга задач. Профильные институты продолжили проработку вопросов создания водородных двигателей, также осуществлялся поиск новых материалов с требуемыми характеристиками.
Особое внимание уделялось созданию особой комбинированной силовой установки. Советская наука уже имела опыт в деле создания ядерных двигателей, но для проекта М-19 требовалось принципиально новое изделие. Готовые ТРДДФ и ПВРД, подходящие для «19», тоже отсутствовали. Профильным предприятиям предстояло разработать все элементы силовой установки.
Перспективный ВКС должен был решать принципиально новые задачи, из-за чего нуждался в авионике с особыми функциями. Требовалось обеспечить навигацию на всех режимах, в атмосфере и в космосе, а также выход на требуемые траектории и возвращение на аэродром. Кроме того, самолет нуждался в специфических средствах жизнеобеспечения, способных защитить экипаж от всех нагрузок и излучения реактора.
Принципы работы комбинированной силовой установки
Различные НИР продолжались до начала восьмидесятых годов. В соответствии с планом темы «19», в 1982-84 гг. следовало провести рабочее проектирование будущего М-19. К 1987-му должны были появиться три опытных ВКС. Первый полет относили к 1987-88 гг. В начале девяностых СССР мог бы освоить полноценную эксплуатацию многоразовой воздушно-космической системы.
Однако эти планы так и не были выполнены. В середине семидесятых годов военное и политическое руководство страны искало дальнейшие пути развития ракетно-космической техники, в том числе в контексте ответа на Space Shuttle. Выбранная стратегия действий фактически отменяла дальнейшие работы по теме «19».
В 1976 году было решено создавать многоразовую систему «Энергия-Буран». Ведущая роль в этом проекте отдавалась вновь созданному НПО «Молния». ЭМЗ и некоторые другие предприятия передавались в его ведение. Вследствие этого конструкторское бюро В.М. Мясищева потеряло возможность полноценно развивать проект М-19.
Работы по «Теме 19» продолжались еще несколько лет, но из-за загрузки ЭМЗ другими проектами им уделялось лишь минимальное влияние. В октябре 1978 г. В.М. Мясищев ушел из жизни; перспективный проект остался без поддержки. В 1980-м все работы по М-19 окончательно прекратились. Связанные проекты и исследования к этому времени были перенацелены на программу «Энергия-Буран».
Таким образом, «Тема 19» / «Холод-2» не привела к ожидаемым результатам. СССР так и не построил воздушно-космический самолет с комбинированной силовой установкой и не использовал его для военных и научных нужд. Тем не менее, в рамках проекта «19» были проведены различные исследования, позволившие определить оптимальные пути развития многоразовых космических систем и найти наилучшие инженерные решения разного рода. НИР из состава «Темы 19» внесли заметный вклад в развитие отечественной космонавтики, а определенные наработки опередили свое время и пока не нашли применения.
М-19 в полёте (в представлении художника)
Ứng phó với mối đe dọa
В начале семидесятых годов советское руководство убедилось в реальности американского проекта Space Shuttle и начало проявлять беспокойство. В перспективе «Шаттл» мог стать носителем стратегического вооружения, и требовался некий ответ на подобную угрозу. В связи с этим было принято решение о форсировании отечественных проектов в области воздушно-космических систем.
В тот период к работам по космической тематике привлекался Экспериментальный машиностроительный завод (г. Жуковский), КБ которого возглавлял В.М. Мясищев. В 1974 г. завод получил новое задание. В рамках темы «Холод-2» он должен был определить возможности создания перспективной ВКС с альтернативными силовыми установками. В частности, следовало проверить концепции двигателей на жидком водородном топливе и ядерной силовой установки. На ЭМЗ новая работа получила обозначение «Тема 19». Проект ВКС позже назвали М-19.
Работу «19» разделили на несколько подпрограмм. Тема «19-1» предусматривала разработку и испытания летающей лаборатории с водородным двигателем. Задачей тем «19-2» и «19-3» являлся поиск облика гиперзвукового и воздушно-космического самолетов. В рамках «19-4» и «19-5» велись работы по ВКС с ядерной силовой установкой.
Общее руководство работами осуществлял В.М. Мясищев, главным конструктором стал А.Д. Тохунц, ведущим – И.З. Плюснин. Не обошлось без привлечения смежников. Так, к работам по ядерному двигателю присоединилось ОКБ Н.Д. Кузнецова.
Теория проекта
В.М. Мясищев изначально сомневался в целесообразности нового проекта. Он указывал, что у «традиционных» космических ракет сухая масса составляет 7-8 проц. от взлетной. У бомбардировщиков этот параметр превышает 30%. Соответственно, ВКС нуждается в силовой установке особой мощности, которая сможет компенсировать высокую массу конструкции и обеспечить вывод машины на орбиту.
Проекции самолета
На изучение подобных особенностей будущего М-19 ушло около полугода, но специалисты ЭМЗ все же смогли определить оптимальные облик и характеристики машины. Генеральный конструктор изучил техническое предложение и одобрил его развитие. Вскоре появился проект технического задания, и стартовали конструкторские работы.
М-19 предлагалось строить как многоразовый воздушно-космический самолет горизонтального взлета и посадки. ВКС мог последовательно совершать полеты в космос и обратно, нуждаясь только в некотором обслуживании и дозаправке. М-19 мог бы стать носителем различного вооружения или специальной аппаратуры военного назначения, его можно было использовать в научных целях и т.д. За счет крупного грузоотсека ВКС получал возможность перевозки грузов и людей на орбиту и обратно.
При успешном решении всех инженерных задач М-19 мог получить ядерную энергоустановку. Такое оснащение обеспечивало почти неограниченную дальность полета и возможность выхода на любую орбиту. В перспективе не исключалось применение М-19 при освоении Луны.
Для получения таких результатов требовалось решить массу сложных задач. К планеру ВКС предъявлялись особые требования по механической и тепловой прочности, силовая установка должна была развивать высочайшие характеристики и т.д. Впрочем, расчеты выглядели оптимистично. Готовый образец ВКС М-19 мог бы появиться после 1985 г.
На случай появления новых угроз и вызовов предлагались упрощенные способы применения М-19. Можно было создать «ВКС первого этапа» с меньшей скоростью и высотностью, но способный нести боевую или иную нагрузку. В частности, такой самолет предлагалось использовать в качестве носителя ракетной системы для вывода нагрузки в космос.
Компоновка М-19
Tính năng thiết kế
При строительстве М-19 предлагалось использовать особые инженерные решения. Так, планер следовало строить из легких алюминиевых сплавов, а обшивку оснащать многоразовым теплостойким покрытием на основе углерода или керамики. Предложенная архитектура предусматривала наличие крупных объемов внутри планера, что позволяло отдать максимальные объемы под топливо.
Оптимальный вариант М-19 имел схему «несущий корпус» с плоским днищем фюзеляжа и треугольным крылом большой стреловидности. В хвосте помещалась пара килей. Фюзеляж переменного сечения вмещал кабину экипажа с биологической защитой и грузоотсек. Хвостовая часть отдавалась под элементы комбинированной силовой установки; под днищем предусматривалась широкая гондола для двигателей. Предлагалось использовать сбрасываемый хвостовой обтекатель ракетного двигателя.
Оптимальной для ВКС посчитали комбинированную силовую установку, включающую 10 турбореактивных и 10 прямоточных двигателей, ядерный реактивный двигатель и дополнительное оснащение. Реактор предлагалось поместить в особую энергопоглощающую оболочку, способную обеспечить спасение активной зоны при различных ударах. Для маневрирования в космосе использовалась отдельная установка с жидкостными рулевыми двигателями.
ТРДДФ на водородном топливе должны были обеспечивать взлет, подъем на 12-15 км и разгон до М=2,5…2,7. Затем жидкий водород должен был передавать тепло реактора на теплообменники перед ТРДДФ, что позволяло усилить тягу и удвоить скорость. После этого можно было включать ПВРД, а ТРДДФ переводить на авторотацию. За счет прямоточных двигателей предлагалось разгоняться до М=16 и подниматься на высоту 50 км. Максимальная суммарная тяга воздушно-реактивных двигателей достигала 250 тс.
На этом режиме ВКС должен был сбрасывать хвостовой обтекатель и включать маршевый ЯРД. Последний отвечал за нагрев водорода перед выбросом через сопло. Расчетная тяга ЯРД достигала 280-300 тс; суммарная тяга всей силовой установки – не менее 530 тс. Это позволяло поддерживать высочайшую скорость и выходить на орбиту.
Компоновка силовой установки
ВКС М-19 должен был иметь длину 69 м (без сбрасываемого обтекателя) и крыло размахом 50 м. Взлетная масса достигла 500 т. Сухой вес составлял 125 т, на топливо приходилось 220 т. В грузоотсеке размером 4х4х15 м можно было поместить до 40 т нагрузки. Потребная длина взлетно-посадочной полосы составляла 4 км.
Собственный экипаж М-19 включал от трех до семи человек, в зависимости от поставленной задачи. При выполнении тех или иных миссий в грузоотсеке мог помещаться обитаемый космический аппарат со своим экипажем. Высота опорной орбиты составляла 185 км, что обеспечивало решение широкого круга научных и военных задач.
Научно-исследовательские и опытно-конструкторские
Еще до формирования окончательного облика ВКС «19» в рамках темы «Холод-2» стартовали различные научно-исследовательские работы, направленные на решение широкого круга задач. Профильные институты продолжили проработку вопросов создания водородных двигателей, также осуществлялся поиск новых материалов с требуемыми характеристиками.
Особое внимание уделялось созданию особой комбинированной силовой установки. Советская наука уже имела опыт в деле создания ядерных двигателей, но для проекта М-19 требовалось принципиально новое изделие. Готовые ТРДДФ и ПВРД, подходящие для «19», тоже отсутствовали. Профильным предприятиям предстояло разработать все элементы силовой установки.
Перспективный ВКС должен был решать принципиально новые задачи, из-за чего нуждался в авионике с особыми функциями. Требовалось обеспечить навигацию на всех режимах, в атмосфере и в космосе, а также выход на требуемые траектории и возвращение на аэродром. Кроме того, самолет нуждался в специфических средствах жизнеобеспечения, способных защитить экипаж от всех нагрузок и излучения реактора.
Принципы работы комбинированной силовой установки
Различные НИР продолжались до начала восьмидесятых годов. В соответствии с планом темы «19», в 1982-84 гг. следовало провести рабочее проектирование будущего М-19. К 1987-му должны были появиться три опытных ВКС. Первый полет относили к 1987-88 гг. В начале девяностых СССР мог бы освоить полноценную эксплуатацию многоразовой воздушно-космической системы.
Kết thúc dự án
Однако эти планы так и не были выполнены. В середине семидесятых годов военное и политическое руководство страны искало дальнейшие пути развития ракетно-космической техники, в том числе в контексте ответа на Space Shuttle. Выбранная стратегия действий фактически отменяла дальнейшие работы по теме «19».
В 1976 году было решено создавать многоразовую систему «Энергия-Буран». Ведущая роль в этом проекте отдавалась вновь созданному НПО «Молния». ЭМЗ и некоторые другие предприятия передавались в его ведение. Вследствие этого конструкторское бюро В.М. Мясищева потеряло возможность полноценно развивать проект М-19.
Работы по «Теме 19» продолжались еще несколько лет, но из-за загрузки ЭМЗ другими проектами им уделялось лишь минимальное влияние. В октябре 1978 г. В.М. Мясищев ушел из жизни; перспективный проект остался без поддержки. В 1980-м все работы по М-19 окончательно прекратились. Связанные проекты и исследования к этому времени были перенацелены на программу «Энергия-Буран».
Таким образом, «Тема 19» / «Холод-2» не привела к ожидаемым результатам. СССР так и не построил воздушно-космический самолет с комбинированной силовой установкой и не использовал его для военных и научных нужд. Тем не менее, в рамках проекта «19» были проведены различные исследования, позволившие определить оптимальные пути развития многоразовых космических систем и найти наилучшие инженерные решения разного рода. НИР из состава «Темы 19» внесли заметный вклад в развитие отечественной космонавтики, а определенные наработки опередили свое время и пока не нашли применения.
tin tức