Автор: Лохоня Никита Андреевич
Возраст: 17 лет
Место учебы: МБОУ "Классическая школа" г. Гурьевска
Город, регион: г. Гурьевск, Калининградская обл.
Руководитель: Лохоня Андрей Владленович
От БИ-1 до "Бурана". История ракетной авиации
Введение
Мечты у людей бывают самые разные. Одни, как сказки ни на чем не основанные, другие -возможно исполнить, только не сейчас, а в будущем времени, когда человечество достигнет нового технического этапа, ступени развития. И в таких мечтаниях люди видят будущие и с точностью могут раскрыть смысл наступающих перемен. К числу таких мечтателей относятся учёные, стоящие у истоков авиации и ракетостроения, энтузиастов, работавших независимо друг от друга в разных странах. Сейчас, когда в сети интернета встречаются утверждения, что Отечественная авиационная космическая промышленность и наука шла по пути копирования зарубежных решений, что мы всё время догоняли западную технику. Это не так. Россия, а позже Советский союз достижениями своих ученых, инженеров, раздвигает не только границы военной техники, но и границы космоса.
Часть 1. Довоенное время
На начало ХХ века в России уже была сформирована научно практическая база по изучению: теоретической механики, основ аэродинамики, экспериментальных исследований полета и проведена практическая работа по внедрению в войска ракетной артиллерии. В 1919 году была создана «Кучинская» аэродинамическая лаборатория, (КуЦАГИ) и так же появилась возможность реализовать идею Н. И. Тихомирова. Уже 1 марта 1921 г. при военном ведомстве начала свою работу первая в нашей стране научно-исследовательская и опытно-конструкторская организация по разработке снарядов на бездымном порохе. Лаборатории присваивается название ГДЛ ВНИК при РВС СССР. В 1933 г. пост начальника ГДЛ занял авиационный инженер И.Т. Клейменов. В 1931-1933 г. Глушко, работающий в секторе ЖРД, разработал пятьдесят вариантов двигателей - от ОРМ-3 до ОРМ-52. В качестве окислителей использовались жидкий кислород, азотная кислота, растворы азотного тетроксида в азотной кислоте, а в качестве горючего - бензин, бензол, толуол и керосин.
В.П.Глушко 1931год, и модификация двигателя ОРМ
Тяга двигателя ОРМ-50 была доведена до 150 кгс, а двигателя ОРМ-52 - до 300 кгс. На осень 1933г. ОРМ-52 был самым мощным ЖРД в мире. В тоже время, при Осоавиахиме, была организована московская группа изучения реактивного движения (ГИРД), объединявшая на общественных началах энтузиастов ракетного дела. Среди организаторов и активных работников МосГИРД, были Ф. А. Цандер (первый ее руководитель) и С. П. Королев. В группе началась работа по проектированию авиационного ЖРД ОР-2 и ракетоплана РП-1. ОР-2 — жидкостный ракетный двигатель конструкции Ф. А. Цандера. Предназначался для установки на бесхвостый ракетоплан РП-1 конструкции Б. И. Черановского. Через небольшой промежуток времени совершил свой первый полет самолет Королева, ракетный планер – РП 218.
Ракетный планер Королева РП-218, и двигатель РО-2
Однако довести это дело до логического конца, из-за изношенности планера, не удалось. Спустя три года под руководством С. П. Королева и Е. С. Щетинкова был спроектирован двухместный экспериментальный ракетоплан РП-318 с тремя азотно-керосиновыми ЖРД ОРМ-70 общей тягой 900 кгс. Согласно расчетам, его скорость на этапе набора высоты при старте с земли достигала 850 км/ч, а потолок — 9000 метров. Для проверки этой идеи была разработана установка ЖРД тягой 140 кгс на планер СК-9 (впоследствии получивший обозначение РП-318-1). Тогда это был самый простой путь по исследованию полета реактивного летательного аппарата, и он был проложен Сергеем Павловичем, но реализован, когда великий творец отбывал свой срок в ГУЛАГе по 58-й (политической) статье. После войны, когда заговорили о приоритетах, имя Сергея Павловича для советских граждан (но не для иностранцев), как создателя ракетной техники было покрыто занавесом секретности.
Уникальная фотография ГИРД. Справа Ф.А.Цандер, в центре С.П.Королев
Но когда мы говорим о ракетных двигателях, нельзя забывать про ракетные ускорители, которые использовались в авиации для моментального набора скорости. В СССР впервые применение пороховых стартовых ракетных ускорителей было освоено на учебном самолете У-1. В марте 1931 года проводились испытания под Ленинградом на Комендантском аэродроме, бывшем тогда учебной и испытательной базой советских ВВС. На нижнее крыло биплана У-1 были установлены два ускорителя (по одному с каждой стороны), созданных в ленинградской газодинамической лаборатории (ГДЛ) под руководством В.И.Дудакова (один из ведущих инженеров ГДЛ). Тогда было выполнено более ста взлетов с ускорителями и во многих из них время разбега составляло всего 1,5 сек.
Биплан У-1, с расположенными на крыльях ракетными ускорителями
Эти работы продолжились в октябре 1933-го, когда твердотопливные ускорители конструкции В.И. Дудакова были опробованы на тяжелом бомбардировщике ТБ-1 (АНТ-4). Они устанавливались на крыле по три штуки на каждой консоли. Варианта установки было два, как и используемых самолетов. В первом - на верхней части консоли устанавливались два ускорителя и один на нижней. Во втором - все три ускорителя стояли на верхней части консоли.
Взлет ТБ-1 с ракетными ускорителями
Но в 20-ых годах прошлого столетия существовали уже немецкие наработки. Макс Валье (Max Valier) был наиболее активным среди немецких пионеров ракетостроения. В 1928 году в предисловии к своему главному произведению он написал, что его основным мотивом «не было чистое желание преодоления космического пространства, а в первую очередь желание создать ракетный двигатель».
Часть 2. Военное время
В 1939г. в воздух поднялись экспериментальные самолеты Не-176 и Не-178, созданные в Германии на фирме «Хейнкель». В Германии сразу же начинается развитие боевой реактивной техники. Уже в феврале Майор В. Фон Рихтгофен, руководитель исследовательского отдела технического департамента RLM, выдвинул идею создания ракетного истребителя-перехватчика. Со второй половины 1942г., когда инициатива постепенно стала переходить к союзникам, количество программ создания новых типов немецкой авиатехники резко возросло, причем большая часть из них касалась разработки реактивных самолетов и крылатых ракет. В последние годы войны Германии требовались истребители-перехватчики, для противодействия налетам бомбардировщиков союзников. Разрабатывался проект Ва-349А «Гадюка».
Слева Ва-349 "Гадюка", справа He-176
Первый из 15 опытных образцов самолета был выпущен в октябре 1944 года. Он использовался для безмоторных испытаний управляемости и буксировался самолетом "Хейнкель" Не-111. Первый вертикальный взлет, также беспилотный, с запуском стартового и маршевого ракетных двигателей, состоялся 23 февраля 1945 года. Через несколько дней у практически единственного (на то время) пилотируемого самолета вертикального взлета, фонарь кабины сорвало в полете, и самолет с высоты 1525 м врезался в землю, летчик-испытатель Лотар Зиберт погиб.
Однако, это не последний проект ракетного перехватчика. К завершению войны, немецкие части люфтваффе располагали успешным ракетным самолетом Me 163. Это был единственный самолёт-бесхвостка, оснащённый жидкостным ракетным двигателем, принятый на вооружение и участвовавший в боях. Кроме этого он имел и другие особенности, например, узкая специализация: дневной перехватчик для борьбы с бомбардировщиками союзников, способный развивать рекордную для того времени скорость и скороподъёмность. И наконец, обозначение самолёта - "Me 163" - было присвоено ему совершенно не заслуженно, - творческий вклад Вилли Мессершмитта и его фирмы в создание машины был очень небольшим, и по принятой в Германии (и у нас) системе самолёту нужно было дать имя главного конструктора, а им являлся профессор Александр Липпиш, а отнюдь не Мессершмитт.
Ракетный самолет бесхвостка Me163
Параллельно, осваивался вопрос наступательной техники. Созданный общими усилиями фирм "Физелер" и "Аргус" самолет-снаряд FZG-76, известный также под обозначениями Fi-103 и V-1 (Фау-1) несмотря на низкую точность и плохую надежность оказался страшным оружием. Его первое применение по городам Англии явилось большой неожиданностью и оказало сильное психологическое воздействие на британцев. Впрочем, вскоре система ПВО Британских островов была перенацелена на борьбу с этим оружием и уже к началу сентября 1944 года добилась неплохих успехов в борьбе с немецкими самолетами-снарядами. Поэтому не удивительно, что после принятия на вооружение баллистической ракеты V-2 (Фау-2) встал вопрос о целесообразности дальнейшего использования Фау-1.
Модификации V-1 (Фау-1) с кабиной пилота
В Советском Союзе, тоже развивалось использование ракетных технологий в авиации. Только мы шли по другому пути. Во второй половине 1943 года проводились испытания бомбардировщика Пе-2РД (РУ) с ЖРД РД-1 конструкции В.П.Глушко с тягой 300 кгс, который устанавливался в хвостовой части фюзеляжа. Дополнительный двигатель использовался как в воздухе, так и на взлете. Топливом служил керосин, окислителем – азотная кислота, зажигание – электрическое от свечей.
Самолет Пе-2, и расположение РД-1 конструкции В.П.Глушко
В процессе полетов (выполнено около 100) было достигнуто увеличение максимальной скорости у земли более чем на 80 км/ч, возросла скороподъемность, значительно сократилась длина разбега. Тяга РД-1 могла регулироваться из кабины при помощи дроссельных вентилей. Подача компонентов в камеру сгорания осуществлялась сжатым воздухом, а питание систем от аккумуляторов самолета. Разработки велись с участием С. П. Королева и в их процессе рассматривались различные варианты ускорителя для Пе-2 (РУ – реактивная установка)) : РУ-1у – бомбардировщик, разведчик с улучшенными летными характеристиками; РУ-1в – высотный одноместный истребитель (высоты 13-15 км, скорость 760 км/ч); РУ-1с – стартовый вариант со временем работы на старте до 30 сек и увеличенной тягой до 800 кгс. Опыт работы с Пе-2РД в дальнейшем был использован при установке ЖРД на истребители. Актуальность этого вопроса повысилась в 1944 году, когда на фронте появились немецкие самолеты с турбореактивными двигателями. В Советском Союзе своих реактивных самолетов тогда еще не было, так же, как не было достаточно легкого поршневого двигателя. Но при этом, существовали довольно серьезные наработки по ЖРД и в этот период времени их использование для хотя бы кратковременного повышения высотно-скоростных характеристик самолета (например: во время воздушного боя) показалось вполне логичным. Со второй половины 1944 года разработки подобного рода велись сразу в нескольких КБ. Это были проекты самолетов Ла-7Р, Як-3РД, Ла-5ВИ, Су-7, Ла-120Р(130Р). Все эти самолеты проектировались и строились на базе серийных, за исключением Су-7 (на базе экспериментального Су-6) и Ла-120Р (на базе опытного Ла-120).
Расположение двигателя в хвостовой части Ла-7Р и испытания Су-7
На начальном этапе на всех самолетах использовался уже упомянутый двигатель РД-1 (электрозажигание при помощи свечей), в дальнейшем его модификация РД-1ХЗ с более надежным химическим зажиганием. Для этого использовалось самовоспламеняющееся пусковое топливо (смесь карбинола с бензином). Двигатель устанавливался в хвостовой части фюзеляжа.
Однако, это не значит, что в СССР не было проектов полноценных ракетопланов. В 1941 году Чаплыгин возглавил филиал ЦАГИ в Сибири. Его сотрудники создавали новую экспериментальную базу и оказывали помощь самолетостроительным заводам. В 1942 году Сергей Алексеевич добивался, чтобы ЦАГИ возглавил создание реактивной авиации. Тогда в аэродинамической трубе испытали первый реактивный самолет БИ, который вскоре поднялся в воздух. В ноябре 1942 года в лаборатории Чаплыгина организовали реактивный отдел ЦАГИ. Одновременно, именно БИ-1 своим первым полетом, состоявшимся 15 мая 1942г, открыл, как было принято в свое время говорить - Эру реактивной авиации в СССР. 15 мая 1942 года поднялся в небо первый полноценный советский самолет с жидкостным ракетным двигателем БИ-1.
БИ-1 на взлетно-посадочной полосе
Считалось, что это будет перехватчик противовоздушной обороны, молниеносно взлетающий с аэродрома, сходу атакующий обнаруженного противника и сбивающий его мощным пушечным огнем.
Проект истребителя-перехватчика, снабженного жидкостным реактивным двигателем (ЖРД), разрабатывался в инициативном порядке конструкторами Д.Я.Березникам и Л.М.Исаевым еще со второй половины 1940 г. Появлению интереса к теме подобного скоростного самолета способствовала общая направленность работ КБ-293. В частности, здесь разработали и построили самолет «С» со спаренными двигателями и соосными воздушными винтами, предназначенный для достижения высоких значений максимальных скоростей. Совершенствуя «С» в КБ Болховитипова для дальнейшего повышения скорости, установили в хвостовой части этой машины прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД) конструкции Меркулова. Однако, испытания таких двигателей в сочетании с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (на И-15бис и И-153) показали малый прирост максимальной скорости, поэтому развития этого направление не получило. Одновременно появилась идея создания истребителя-перехватчика со смешанной силовой установкой, включающей ЖРД и 1 ПВРД. В начале 1941 г. велись разработки уже только под жидкостный реактивный двигатель Д-1-A, с максимальной тягой 1400 кг конструкции Л.С.Душкина. 27 марта 1943 года БИ-1 готовился к испытаниям на максимальную скорость полета. Для этого летчик Бахчиванджи должен был довести скорость горизонтального полета до 750–800 км/ч на высоте 2000 м. До выключения двигателя по окончании топлива все шло нормально, а затем самолет опустил нос, вошел в пике и столкнулся с землей. Испытатель погиб. Позднее, когда была введена в эксплуатацию труба больших скоростей Т-106 ЦАГИ, в ней испытали модель БИ-1 и выявили новое явление: затягивание в пикирование самолета с прямым крылом обычного профиля на околозвуковых скоростях. Производство БИ прекратили: его бесперспективность объясняли в том числе ограниченной продолжительностью полета.
БИ-1 Бахчиванджи, после аварии на испытаниях.
Тем не менее опыт работы над этим самолетом оказался чрезвычайно полезен при дальнейшем создании советской ракетной и космической техники. Как писал первый летчик-космонавт СССР Ю.А. Гагарин, «без полетов Григория Бахчиванджи, возможно, не было бы и 12 апреля 1961 года»….
В послевоенный период холодной войны западных стран с СССР, стоит отметить применение ракетных ускорителях для самолетов перехватчиков на примерах моделей самолетов Су и Миг.
В США можно считать успешным опытом самолеты F-84G Thunderjet ZEL на пусковой установке и F-100.
Часть 3. Послевоенное время
12 апреля 1981 года. Флорида. Мыс Канаверал. На старте многоразовая, космическая система «шаттл», корабль под названием «Колумбия». Два астронавта Джон Янг, и Роберт Крипин, открыли новую эпоху в космонавтике. Эпоху космических самолетов. На тот момент американцы уже 6 лет не летали в космос, поэтому вся страна следила за полетом. Все помнят трагическую гибель «Колумбии» 1 февраля 2003 года, но не все помнят, что первый раз она стартовала в день космонавтики.
Старт системы "шаттл" и посадка челнока.
В после военный период холодной войны, когда все «наземные методы» испробованы, война медленно переместилась в космическое пространство. И закономерно возник лозунг «кто владеет космосом, тот владеет и миром». На старте космической гонки мы вырвались вперед. Первый советский спутник, первый человек на орбите. Нас убеждали, что это было мирное освоение космоса – но это не так. Гагарин летел на баллистической ракете, к которой приспособили капсулу с космонавтом. Однако у ракет есть существенный недостаток: использовать их можно было только один раз. Это и наводило на мысль о космическом самолете. Многие тогда были убеждены, что создать такую систему невозможно, но 1981 год изменил представление об этом. Однако, вернемся немного в прошлое. Май 1965 года. На авиакосмической выставке Ле Бурже, СССР помимо новых самолетов и вертолетов, продемонстрировал свои космические достижения. Стенд с гагаринским кораблём пользовался популярностью. Французы, немцы, англичане не летали в космос, но хотели учувствовать в космической гонке. Известные авиационные фирмы представили модели многоразовых космических аппаратов. Проекты были похожи друг на друга. Эти аппараты планировали запускать с гиперзвукового самолета разгонщика. К слову, таких самолетов до сих пор не существует. Американцы тоже занимались этой темой. Они разработали свой проект космического челнока, и даже сделали аналог для летных испытаний.
Американский X-15 для достижения максимальной скорости.
Разработки многоразовых систем велись в 60-ых и в СССР. Проектом занимались КБ Микояна. Он назывался «спираль». Руководил – Лозино-Лозинский. Спираль можно считать первым русским шаттлом. Это был истребитель, способный выходить на орбиты, на которых были спутники и другие аппараты, уничтожать их, и возвращаться на аэродром. Уже в 1973 году, встал вопрос о принятии на вооружение проекта. Но, к сожалению, министр обороны А.А.Гречка, не стал даже вчитываться в детали проекта. В духе большого начальника того времени, он наложил на «Спираль» резолюцию следующего содержания: Фантастикой мы заниматься не будем»
Но несмотря на это, работы по проекту продолжались. В 1976 году, был сделан самолет аналог. Т.к. самолет был на лыжах, тяги двигателей не хватало, чтоб сдвинуть его с места. Поэтому для подъема на большую высоту, использовали самолет носитель ТУ 95. В люке сделали вырез, куда и помещали «Спираль». Бомбардировщик должен набрать высоту, на которой «Спираль» отделялась и продолжала полет самостоятельно. После посадки на грунтовую полосу, можно было считать первый полет прообраза космического челнока успешным. Но будущего у «Спирали» не было. В ЦК КПСС уже приняли постановление по проекту «Буран».
Миг-105 "Спираль"
Тем временем, в США уже делали Шаттл. Этот корабль был главным элементом СОИ- стратегической оборонной инициативы. Американцы хотели разместить лазерное оружие для уничтожения спутников и баллистических ракет. Но любое оружие можно применять как для защиты, так и для нападения. В СССР об этом уже знали. Самое страшное то, что Шаттл мог сделать «нырок» в стратосферу и нанести точный ядерный удар по любым стратегическим объектам страны. Было ясно, что если не начать сейчас делать свой такой челнок, то можно опоздать навсегда. 27 января 1976 года выходит постановление о создании космической многоразовой системы «Буран». Генеральным конструктором назначили В. П. Глушко. В начале разработки «Бурана», хотели сделать челнок по типу «Спирали». Но Глушко решил иди по проверенному пути. Повторить шаттл. Начиналась новая эпоха советской космонавтики. Начиналась эпоха «Бурана». Нужно отметить что Буран, далеко не копия американского Шаттла, хоть и очень похож. Основа американской системы - орбитальный корабль, установленный на топливном баке. Буран же, выводится ракетным комплексом Энергия, которая может доставить не только сам самолет, но и любую другую полезную нагрузку. В этом принципиальном отличие преимущество перед Шаттлом. Т.к. Буран совмещал ракетостроительную и авиационную промышленность, появляется отдельное подразделение НПО "Молния". Главным конструктором становится Глеб Евгеньевич Лазино-Лазинский. Был сформирован отряд летчиков –испытателей. Для проверки аэродинамики и отработки посадки, построили аналог «Бурана», с дополнительными двигателями. Для бурана реконструировали взлетно-посадочную полосу, увеличив длину до 5.5 км. Начались испытания, но не все шло успешно. Однако, совсем скоро, 10 ноября 1985 г был совершен первый полет. На удивление всем, столь громоздкий аналог бурана легко оторвался от земли. Зрелище было впечатляющим. Всего было 24 полета на летной копии Бурана.
Отечественный космический челнок "Буран". Фотографии образца для летных испытаний.
Отдельной сложностью была теплозащита. Страшный тому пример – Шаттл «Колумбия». Новую плитку должны были проверить в реальных условиях. Тогда вспомнили о проекте «спираль». Сделали уменьшенную копию и назвали БОР – беспилотный орбитальный ракетоплан. 4 июня 1982 года, прошел запуск в стратосферу. Он сделал виток по орбите, и опустился в индийском океане. Но не все шло так гладко. 13 марта 1985 года, на пост генерального секретаря ЦК КПСС приходит Горбачёв М. С. Американцы решили продемонстрировать силу. Тот самый «нырок» шаттла, о котором предубеждали в 74-ом состоялся. Он шел по орбите, притормаживался, нырял в атмосферу до 80 км, а после уходил в недосягаемость. Это происшествие изменило все. В январе 1986 года, всех ответственных за проект космического челнока, «посадили» на самолет и увезли на Байконур, с условием, «пока не полетит «Буран»– оттуда не уедут». 28 января 1986 года, стартует «Спейс Шаттл, Челленджер». Через минуту полета, корабль взорвется и семь астронавтов погибнут. Этот факт позволил СССР сократить отставание. После этого американцы не летали почти 3 года, за которые в СССР будут запущены «Энергия» и «Буран». 15 мая 1987 года, был проведен старт «Энергии». Уже через неделю был назначен старт «Бурана». Испытатели, которые «учили» челнок летать, очень хотели учавствовать в полете. Но с самого начала было решено – полет пройдет в автоматическом режиме. Этот момент наконец наступил. Система успешно сработала. Ракетоноситель успешно доставил космический самолет на орбиту. Ему предстояло совершить 2 витка. Всего на 1 больше чем когда-то сделал Гагарин. Как похожи эти события. Но «Буран» был обречен. Все понимали, что его первый полет скорее всего окажется последним… Буран шел на посадку. Трудно было поверить что он делает это самостоятельно. Через некоторое время он коснулся полосы в расчетном ромбе, пробежал по полосе и замер, отклонившись от расчетной линии, всего на метр. Событие попало в книгу рекордов Гиннеса как первая посадка автоматического орбитального корабля.
Заключение
До сегодняшнего дня и предположительно в будущем, многоразовые ракетные системы вызывают неподдельный интерес. Это одно из перспективных направлений, которое быстро осваивается. И пока многоразовые ракетные носители Илона Маска неокупаемо бесполезно жгут керосин, параллельно развивается ракетопланы фирмы Боинг. Точно сказать какие задачи они выполняют, трудно, но как факт они успешно летают уже больше года. Аналогичный советскому «воздушному старту», сегодня развивается проект SpaceShip. И все это говорит о том, что совсем скоро ближний космос станет очень доступным. Но нельзя забывать то, с чего все начиналось. Нельзя забывать историю. Сегодня, Россия мало чем может похвастаться в этом направлении. Однако, мы до сих пор гордимся своим прошлым, которое еще актуально, и надеюсь в будущем мы только несравнимо приумножим свои достижения.
Источники информации
- «Вестник авиации и космонавтики» 1998 №2, с.72-73
- http://airwar.ru/enc/xplane/rp318.html
- Книга «РАЗВИТИЕ РАКЕТОСТРОЕНИЯ И КОСМОНАВТИКИ В СССР» В.П. ГЛУШКО
- http://rgantd.ru/nauchnye-trudy-i-publikatsii/iz-istorii-gruppy-izucheniya-reaktivnogo-dvizheniya1.shtml
- Werner Brügeh Männer der Rakete. Verlag Hachmeister & Thal, Leipzig 1933.
- http://avia-simply.ru/aviacionnie-raketnie-uskoriteli-chast-2
|
