Воздушно-космические самолеты — веление времени

Современная цивилизация не представляет своего существования без космоса. Связь и навигация, мониторинг окружающей среды, разведка полезных ископаемых, производство новых материалов и т. д. ­ все это прочно вошло в жизнь современного человека, деятельность которого в космосе с каждым годом расширяется. В этих условиях становится актуальной доставка на околоземную орбиту все большего числа космонавтов и различных грузов. Нельзя забывать и о том, что освоение космоса сопровождается необходимостью утилизации появившихся там отходов. Приходит осознание, что захламление космоса может обернуться серьезными последствиями. Отсюда все чаще возникает вопрос, как решить проблему удешевления транспортных потоков в космос и из космоса. По-видимому, мы стоим на пороге создания принципиально новых космических аппаратов, которые могли бы относительно недорого наладить транспортировку в ближний космос людей и грузов.
По мнению специалистов, ракетные системы, существующие сегодня, не в состоянии в перспективе удешевить полеты в космос. Ведь ракеты стоят достаточно дорого и их нужно долго готовить к старту. К тому же космодромов на планете не так уж много.
Принципиально новые космические транспортные системы могут быть созданы на основе воздушно-космических самолетов (ВКС) с комбинированной силовой установкой. На начальном этапе разгона ВКС используют для создания подъемной силы воздух, а для работы двигателя — кислород из атмосферы. Это значительно уменьшает их стартовую массу по сравнению с ракетами. Правда, сверхзвуковые и гиперзвуковые скорости, с которыми должен летать ВКС, предъявляют высокие требования к термостойкости и прочности материалов этого аппарата.
В настоящее время под воздушно-космическим самолетом подразумевается крылатый летательный аппарат самолетной схемы, выходящий или выводимый на орбиту искусственного спутника Земли посредством вертикального или горизонтального старта и возвращающийся с нее, совершая горизонтальную посадку на аэродром.
ВКС сочетает в себе свойства как самолета, так и космического корабля. Вот здесь есть смысл остановиться на терминах, которые еще не устоялись в космической лексике. Дело в том, что ВКС имеет и второе название — орбитальный самолет. Однако орбита в понимании большинства землян — это путь движения летательного аппарата вокруг Земли. Орбиты различают замкнутые (круг, эллипс), по которым летают космические корабли, и незамкнутые в земной системе координат (парабола, гипербола), которые представляют собой траектории, по которым летательный аппарат уходит от Земли в межпланетное пространство, и понятие «самолет» к нему малоприменимо. Поэтому в данной статье автор придерживается понятия «воздушно-космический самолет», а не «орбитальный самолет» — термин, который сегодня часто встречается в Интернете.
В зависимости от способа выхода на околоземную орбиту ВКС подразделяются на космопланы и космолеты. Они могут быть и суборбитальными, то есть их полет осуществляется не по траектории орбиты вокруг Земли. Например, выйдя в космос на десяток минут и выполнив там свои задачи, ВКС по инерции уже с отключенным двигателем, под действием силы тяготения и силы аэродинамического сопротивления воздуха, снижается по баллистической траектории и приземляется как самолет. (Подробнее о суборбитальных полетах — в «Вестях ДОСААФ» № 15 (109) от 7 августа 2021 года, стр. 12).
Итак, космоплан — это ВКС, который выходит в космос, используя не только энергию собственных двигателей, но и энергию ракеты-носителя (ракета может быть и крылатой), или сбрасываемого ускорителя, или самолета-носителя. При этом старт космоплана с носителя может быть вертикальным или горизонтальным.
Во время холодной войны в США строились космопланы «Х-15», «Х-20» (перехватчик-разведчик-бомбардировщик) и другие. В нашей стране разрабатывались аналогичные проекты: «Лапоток» (его уменьшенную копию можно увидеть в Центральном музее ВВС Минобороны в Монино), «Легкий космический самолет» (ЛКС) и «Спираль». Поскольку по отечественным ВКС информации в открытых источниках мало, рассмотрим, как летает космоплан, на примере американского ВКС «Х-15» (проект реализовывался в 1958 — 1968 годы).

Схема космоплана Х-15.jpg

«Х-15» фирмы North American первым из космопланов осуществил суборбитальные пилотируемые полеты. Они проходили в следующей последовательности: взлет на носителе — стратегическом бомбардировщике В-52, отцепка от него на высоте 15 км, разгон своим двигателем (он включался на полторы минуты) до примерно 7 М (М — это отношение скорости объекта к скорости звука), отключение двигателя, полет по инерции за пределы атмосферы, достижение «потолка», баллистический спуск, вход в атмосферу, снижение и посадка на дне высохшего соленого озера. Общее время полета «Х-15» после отделения от В-52 составляло 12 минут (из них 4 минуты — полет в невесомости). Температура корпуса на этапе спуска достигала 650° С. Перегрузка не превышала 5g. Из 199 полетов «Х-15» выполнил 13 полетов выше 80 км (границы космоса, принятой в ВВС США), и только два раза космоплан выходил за признанную Международной авиационной федерацией (ФАИ) границу космоса (100 км), при этом высота полета «Х-15» составила 106 и 108 км соответственно. В 1967 году с «Х-15» произошла катастрофа, а на следующий год программа «Х-15», а также проект космоплана «Х-20» (до стадии реальных полетов он не дошел) и др. были закрыты. Специалисты отмечают, что по размерам и некоторым летно-техническим характеристикам «Х-15» подобен немецким баллистическим ракетам Второй мировой войны «Фау-2», которыми обстреливался Лондон.
К месту заметить, что какие-либо отличия по принципу осуществления полета космоплана Unity миллиардера Р. Брэнсона, предназначенного для космических туристов и осуществившего полет с экипажем в шесть человек 11 июля 2021 года, от «Х-15» не наблюдаются.
После суборбитальных «Х-15» и «Х-20» американцы занялись разработкой космоплана «Спейс Шаттл» (в переводе — «космический челнок»). Программа многоразового транспортного космического корабля (МТКК) «Спейс Шаттл» была реализована в полетах пяти космопланов («Дискавери», «Атлантис», «Колумбия», «Индевор» и «Челленджер»), продолжавшихся с 12 апреля 1981 года по 21 июля 2011 года. Осуществлено 135 стартов с «шаттлами». Из них два закончились катастрофами. До высоты 113 км, где происходило отцепление от космоплана топливного бака, на орбиту «шаттлы» выводили ступени ракет-носителей совместно с двигателями самих космопланов.
Аналогичный «шаттлу» космоплан «Буран» был построен и в СССР. Он облетел вокруг Земли один раз без экипажа, в автоматическом режиме. Этому полету предшествовали испытательные полеты космопланов БОР-4 и БОР-5.
В 1990-х и 2000-х годах существовали проекты ряда многоразовых транспортных аэрокосмических систем с космопланами: в России — запускаемая с самолета МАКС (многоразовая аэрокосмическая система), во Франции и Евросоюзе — «Гермес», в Индии — Hyperplane и др. По данным СМИ, Китай добился существенных успехов в разработке двухступенчатого МТКК с горизонтальным стартом и посадкой.
Специалисты считают, что воздушно-космические самолеты — космопланы в недалеком будущем будут заменены ВКС другого класса — космолетами, представляющими собой одноступенчатую авиационно-космическую систему, летающую за счет энергии только собственных двигателей, однако ни один из проектов космолетов на сегодня не реализован.
Во всех странах, где в настоящее время ведутся разработки космолетов, предполагается использование на этих ВКС многорежимных двигателей, создание которых сопровождается решением многочисленных проблем.
Таким образом, научно-технический прогресс в области освоения космоса сегодня отходит от использования для вывода на околоземную орбиту ракетных систем и выбирает новое направление — создание воздушно-космических самолетов для увеличения транспортных потоков в космос. Пока они реализованы только в переходном варианте — космопланах, но недалек тот день, когда состоится полет «чистого» ВКС — космолета.
Сергей Елисеев.