Автор: Шамаев Тимур Наилевич
Возраст: 18 лет
Место учебы: УАТ ФГБОУ ВО "УГАТУ"
Город, регион: г. Уфа
Руководитель: Дикова Ф. А., УАТ ФГБОУ ВО "УГАТУ"

Какова роль авиации в освоении космоса?

План:

Введение
1.    Классификация аппаратов аэрокосмической системы
2.    Почему первыми космонавтами стали летчики-испытатели?
3.    Исторический  обзор  летательных аппаратов аэрокосмической системы
  3.1.    North American X-15
        3.1.1.    История
        3.1.2.    Технические характеристики
  3.2.    Boeing X-20 Dyna Soar
        3.2.1.    История
        3.2.2.    Особенности конструкции и технические характеристики
  3.3.    Авиационно-космическая система «Спираль»
        3.3.1.    История
        3.3.2.    Особенности конструкции и характеристики
  3.4.    Космический корабль «Space  Shuttle» или Спейс Шаттл
        3.4.1.    История создания
        3.4.2.    Особенности конструкции и технические характеристики
  3.5.    Космический корабль «Буран»
        3.5.1.    История
        3.5.2.    Технические характеристики
        3.5.3.    Сравнение Бурана и Спейс Шаттл    
  3.6.    SpaceShipOne
        3.6.1.    История
        3.6.2.    Особенности конструкции
4.    Творческое наследие Королёва С.П.
5.    Перспективы развития космопланов
Заключение
Список литературы

Введение

За всю историю существования космонавтики были разработаны космические аппараты, по облику напоминающие самолёт. В середине XX века при создании космических ракет, руководство страны решало вопрос - кто полетит в космос? Наиболее готовы к этой задаче стали летчики истребительной авиации. Для того, чтобы узнать роль авиации в освоении космоса, необходимо дать определение орбитального самолёта и составить классификацию.

Орбитальный самолёт – крылатый летательный аппарат самолётной схемы, выходящий или выводимый на орбиту искусственного спутника Земли посредством вертикального или горизонтального старта и возвращающийся с неё, после выполнения целевых задач, совершая горизонтальную посадку на аэродром, активно используя при снижении подъёмную силу планера. Сочетает в себе свойства как самолёта, так и космического корабля. [4]

Цель моей работы: Выяснить – какова роль авиации в освоении космоса.

В связи с поставленной целью выполняются следующие задачи:

1. Изучить историю создания аппаратов аэрокосмической системы,  провести их  исторический обзор, и продемонстрировать несколько примеров таких аппаратов.
2. Сравнить характеристики аппаратов аэрокосмической системы.
3. Дать краткое представление о творческом наследии Королёва Сергея Павловича.
4. Сделать выводы о роли авиации в освоении космоса.

1. Классификация аппаратов аэрокосмической системы

Конструктивные особенности могут отличаться в зависимости от типа выхода на орбиту, за счет этого выделяют два основных типа: космолеты и космопланы. Нужно отметить, что космолеты и космопланы, в отличии от орбитального самолёта, необязательно являются орбитальными – они могут быть также суборбитальными, предназначенными лишь для превышения границы космоса в 100 км. [5]

2. Почему первыми космонавтами стали летчики-испытатели?

Человек, находящийся на борту космического аппарата, не может быть пассивным пассажиром. Любая, даже самая совершенная автоматика не в состоянии выполнить тех задач, которые под силу активному, работоспособному и целенаправленному пилоту. Поэтому наиболее ответственные действия, особенно в неожиданно сложившейся обстановке, должны быть доверены человеку, который при необходимости должен иметь возможность активно вмешиваться в управление кораблем на всех этапах полета.

Кроме того, летчикам-космонавтам (а особенно первым) принадлежит высокая роль исследователей, первооткрывателей. И эту роль может выполнить человек инициативный и разносторонне подготовленный. Космонавт должен хорошо переносить все неблагоприятные условия и достаточно интенсивные физические нагрузки в полете. Он должен мужественно и хладнокровно преодолеть те психологические трудности, с которыми неизбежно связаны необычные условия космического полета; смело, решительно и разумно действовать в случае возникновения аварийных ситуаций.

Поэтому выбор человека, которому можно доверить выполнение первых космических полетов, должен быть строго обоснован.

Прежде всего нужно определить ту профессиональную деятельность, которая более всего способствует выявлению и развитию качеств, необходимых для успешного космического полета. В нашей стране найдется немало людей, обладающих качествами, необходимыми для космонавта. Есть они в любой профессии, но более всего способствует формированию этих качеств профессиональная деятельность летчиков-истребителей.

Основанием для этого вывода может служить анализ тех физических и психологических факторов, которые действуют на человека в космическом полете, и выявление аналогичных факторов в других видах его деятельности.
Летчик должен уметь ориентироваться при различных изменениях гравитационного толя. Выполнение полетных заданий в различных условиях развивает у него способность подавлять иллюзорные представления о пространственном положении, укрепляет вестибулярный аппарат к т. д. Можно предположить, что при длительной невесомости летчику-истребителю удастся сохранить высокую работоспособность и пространственную ориентировку. Подтверждение этому — 25-часовой космический полет Г. С. Титова.

Космонавт должен быть не только пилотом, но и исследователем, прокладывающим путь к дальнейшему широкому освоению космоса. Космические полеты требуют от человека наблюдательности, правильного распределения внимания, умения фиксировать в своей памяти различные подробности, отделяя главное от второстепенного, разносторонних знаний.

Наблюдательность не является врожденным качеством. Она может быть развита у любого здорового человека. Однако у летчика-истребителя наиболее «острые» глаза. Ведь этим во многом определяется успех каждого полетного задания. И это качество воспитывается в течение всей летной деятельности.

Нельзя не учитывать и того обстоятельства, что летчики-истребители постоянно находятся под «динамическим» медицинским наблюдением, что существенно уменьшает возможность ошибочной оценки состояния их здоровья.
Таким образом, несмотря на отличия в деятельности летчика-космонавта и летчика-истребителя, имеется достаточно оснований, чтобы на данном этапе установить преемственную связь между этими профессиями. Поэтому-то не случаен и выбор первых космонавтов из числа летчиков-истребителей. [6]

3. Исторический обзор летательных аппаратов аэрокосмической системы

3.1. North American X-15

3.1.1. История

Лётные испытания X-15 задумывались как этап пилотируемого проекта. Запуск 4 октября 1957 г. Советским Союзом первого искусственного спутника Земли подтвердил важность задачи и привёл к дополнительной задаче: противоспутниковое оружие. Как отмечает историк американской авиации и космонавтики Мишель Эванс, X-15 задумывался для противостояния возникшей «красной угрозе», — как американский ответ на советский военно-космический вызов.

По массе и размерам и некоторым лётно-техническим характеристикам самолёт подобен немецкой баллистической ракете периода войны — «Фау-2» (V-2). Даже тяга обоих летательных аппаратов оказалась близкой, хотя двигатели разные.

На нём совершены первые гиперзвуковые и суборбитальные космические полёты человека. Завершал лётные исследования достижения предельных скоростей в программах X. Непосредственная задача проекта X-15 — исследования для проекта пилотируемого суборбитального гиперзвукового бомбардировщика X-20 Dyna Soar. Изучение полета крылатого аппарата на гиперзвуковых скоростях, на границе и вне атмосферы. Оценка теплозащиты, ручного управления в верхних слоях атмосферы, управляемой посадки. Концепция проекта утверждена ВВС США в 1954 году по предложению НАСА. В соревновании проектов за контракт участвовали четыре компании:

• Bell Aircraft,
• McDonnell Aircraft,
• Republic Aviation Company,
• North American Aviation (в 1967 году слияние с Rockwell, в 1996 — с Boeing) — получила заказ ВВС.

X-15 официально именовали «пилотируемым исследовательским аппаратом». Программа лётных испытаний преждевременно свёрнута в октябре 1968, вскоре после катастрофы наиболее доработанного третьего X-15.

Исследования стали основой уже гражданской научной программы НАСА Space Transportation System (STS, «Космический Челнок»). Ровно тогда же, в октябре 1968. [7]

3.1.2. Технические характеристики 

• Длина – 15,24 м
• Масса – 14866 кг
• Топливо – Аммиак
• Окислитель – Жидкий кислород 
• Тяга – 22680 кгс
• Скорость – 7300 км/ч
• Нагрузка – 900 кг

3.2. Boeing X-20 Dyna Soar

3.2.1.    История

Разработка велась с 24 октября 1957 по 10 декабря 1963. Заказчик программы — ВВС США; разработчик — Boeing. Генеральный конструктор — вице-президент корпорации Bell Aircraft Вальтер Дорнбергер (за участие в этом проекте получил прозвище «отец динозавра»).

Программа создана в результате объединения проектов «Brass Bell», «RoBo» и «HYWARDS» в единую программу и насчитывала три стадии — атмосферные тесты, суборбитальные запуски и орбитальные полёты. За основу разработки была взята концепция немецкого орбитального бомбардировщика Ойгена Зенгера военных времён.

Однако вследствие различных причин, как объективных технического и инженерного, так и сугубо внутренних, военно-политического и финансового характера (в частности, изменение приоритетов в пилотируемой программе НАСА и ВВС, к ведению которого относился проект), программа была свёрнута. Свою негативную роль в судьбе проекта сыграл и тогдашний государственный секретарь по вопросам национальной безопасности США Роберт Макнамара, фактически лично закрывший программу в декабре 1963 года. Выбор дальнейшего развития космонавтики был сделан в пользу программ Джемини и MOL.

К концу 1963 года на программу Х-20 было потрачено 410 млн. долларов США. [8]

3.2.2. Особенности конструкции и технические характеристики

Компоновка системы содержала ряд интересных технических решений.

Конструкция аппарата была выполнена по «горячей схеме» с радиационным охлаждением (сброс тепла излучением), из чрезвычайно тугоплавких металлов и сплавов (молибден, цирконий, сплав рений-ниобий, никелевый сплав Rene 41), без использования абляционных или теплопоглощающих керамических покрытий (в отличие от плиток теплозащиты «Спейс Шаттла»), остекление пилотской кабины было закрыто сбрасываемым после прохождения плотных слоёв атмосферы щитком. Этот щиток закрывал остекление и вид вперед в течение выведения в космос и всех орбитальных операций: для обзора пилот использовал боковые иллюминаторы. Для управления аппаратом на заатмосферном участке траектории использовались двигатели системы ориентации, в атмосфере — аэродинамические поверхности, подобные самолетным. Органы управления в пилотской кабине — боковая ручка (крен-тангаж) и педали (рыскание). В кабине было установлено катапультируемое через верхний люк кресло для спасения пилота на дозвуковых скоростях полёта — менее 1000 км/ч.

Управление аппаратом на всех участках полёта (включая и довыведение на орбиту ступенью TranStage с контролем работы двигателя) осуществлялось вручную пилотом, автоматическое управление отсутствовало.

В качестве посадочного шасси из-за высоких температурных нагрузок использовались разработанные фирмой Goodyear полозья с гибкими металлическими щётками.

Основные характеристики Х-20 (без ступени TransStage):

• Длина — 10,77 м.
• Размах крыльев — 6,35 м.
• Максимальный взлётный вес — 5,165 тонн.
• Полезная нагрузка — 450 кг.
• Объём кабины — 3,50 кубических метров.
• Экипаж — 1 человек (в перспективе — до четырёх).

3.3. Авиационно-космическая система «Спираль»  

3.3.1. История

Проект «Спираль», начатый в 1960-х годах, был ответом на программу создания США космического перехватчика-разведчика-бомбардировщика X-20 «Dyna Soar»

Основным отличием «Спирали» от X-20 Dyna-Soar было то, что советский орбитальный истребитель стартовал с борта специального гиперзвукового самолёта-разгонщика, а не выводился в космос ракетоносителем. Мощный воздушный корабль-разгонщик весом 52 тонны должен был разгоняться до шестикратной скорости звука и подниматься на высоту 30 километров. В этот момент должен был стартовать восьмиметровый десятитонный пилотируемый орбитальный самолёт с размахом крыла 7,4 метра, используя ускоритель на фтороводородном топливе.

Примерно в 1964-м группа учёных и специалистов ЦНИИ 30 ВВС разработала концепцию создания принципиально новой ВКС, которая наиболее рационально интегрировала в себе идеи самолёта, ракетоплана и космического объекта и удовлетворяла бы вышеуказанным требованиям. В середине 1965-го министр авиационной промышленности П. В. Дементьев поручил ОКБ А. И. Микояна разработку проекта этой системы, получившей название «Спираль». Главным конструктором системы назначили Г. Е. Лозино-Лозинского. От ВВС руководство работами осуществлял С. Г. Фролов, военно-техническое сопровождение поручили начальнику ЦНИИ 30 — З. А. Иоффе, а также его заместителю по науке В. И. Семёнову и начальникам управлений — В. А. Матвееву и О. Б. Рукосуеву — основным идеологам концепции ВКС.

В ходе программы для отработки создания орбитального самолёта и демонстрации его реализуемости были созданы проекты самолёта-аналога МиГ-105.11, суборбитальных аппаратов-аналогов БОР-1 (Беспилотный орбитальный ракетоплан), БОР-2, БОР-3 и космических аппаратов-аналогов «ЭПОС» (Экспериментальный пилотируемый орбитальный самолёт), БОР-4 и БОР-5.

Работы по созданию «Спирали», в том числе аналогов её орбитального самолёта, прерванные в 1969 году, были возобновлены в 1974 году. В 1976—1978 гг. в ЛИИ (Летно-исследовательский институт) было проведено 7 испытательных полётов Миг-105.11. На дозвуковом аналоге орбитального самолёта — Миг-105.11 — проводили испытания лётчики Пётр Остапенко, Игорь Волк, Валерий Меницкий, Александр Федотов. На МиГ-105.11 стартовал из-под фюзеляжа тяжёлого бомбардировщика Ту-95К лётчик А. Фастовец, окончательный этап испытаний аналога проводил Василий Урядов.

Запускавшиеся ракетой 11К65М-РБ, уже в рамках программы «Буран», космические аппараты серии БОР-4 представляли собой беспилотные экспериментальные аппараты на основе БОР-3, доработанные для целей создания орбитального корабля «Буран». [9]

3.3.2. Особенности конструкции и характеристики

Орбитальный самолёт-космоплан по проекту представлял собой летательный аппарат со стреловидным крылом, имеющими отклоняющиеся вверх консоли для изменения поперечного угла атаки. При спуске с орбиты самолёт самобалансировался на разных участках траектории. Фюзеляж был выполнен по схеме несущего корпуса с сильно затупленной оперённой треугольной формой в плане, из-за чего получил прозвище «Лапоть».

Теплозащита была выполнена с применением плакированных пластин, то есть покрытой методом горячей прокатки поверхности материала слоем металла. В данном случае был ниобиевый сплав с покрытием на основе дисилицида молибдена. Температура поверхности носовой части фюзеляжа на разных стадиях спуска с орбиты могла достигать 1600 °C.

Двигательная установка состояла из жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) орбитального маневрирования, двух аварийных тормозных ЖРД с вытеснительной системой подачи компонентов топлива на сжатом гелии, блока ориентации, состоящего из 6 двигателей грубой ориентации и 10 двигателей точной ориентации; турбореактивный двигатель для полёта на дозвуковых скоростях и посадки, работающий на керосине.

Для спасения пилота в случае аварии орбитального самолёта предусматривалась отделяемая кабина в виде капсулы с собственными пороховыми двигателями для отстрела от самолёта на всех этапах его движения от старта до посадки, а также с управляющими двигателями для входа в плотные слои атмосферы.

Помимо возможности транспортного варианта с небольшим грузовым отсеком, были разработаны основные военные варианты орбитальных самолётов:

• фото- и радиоразведчики;
• для поражения авианосцев, имеющие ракеты с ядерной боевой частью и системой наведения со спутника;
• перехватчики космических целей в двух вариантах. Первый вариант для фотографирования и передачи фотографий по каналам связи, второй — для поражения цели.

Основные характеристики:

• Экипаж: 1 пилот
• Вес: 52 т
• Длина: 38 м
• Размах крыла: 16,5 м
• Топливо разгонщика: водород
• Топливо ускорителей: фтор/водород
• Скорость разгонщика: 1600м/с
• Высота отделения: 28-30 км
• Масса взлётная: 115 т
• Масса полезного груза: 0,5-2 т

3.4. Космический корабль «Space Shuttle» или Спейс Шаттл     

3.4.1. История создания

История проекта «Космическая транспортная система» начинается в 1967 году, когда ещё до первого пилотируемого полёта по программе «Аполлон» (11 октября 1968 года — старт «Аполлон-7») оставалось больше года, как обзор перспектив пилотируемой космонавтики после завершения лунной программы NASA.

30 октября 1968 года два головных центра NASA (Центр пилотируемых космических кораблей — MSC — в Хьюстоне и Космический центр имени Маршалла — MSFC — в Хантсвилле) обратились к американским космическим компаниям с предложением исследовать возможность создания многоразовой космической системы, что должно было снизить затраты космического агентства при условии интенсивного использования.

В сентябре 1970 года Целевая космическая группа под руководством вице-президента США С. Агню, специально созданная для определения следующих шагов в освоении космического пространства, оформила два детально проработанных проекта вероятных программ.

Большой проект включал:

• космические челноки;
• орбитальные буксиры;
• большую орбитальную станцию на Земной орбите (до 50 человек экипажа);
• малую орбитальную станцию на орбите Луны;
• создание обитаемой базы на Луне;
• пилотируемые экспедиции к Марсу;
• высадку людей на поверхность Марса.

В качестве малого проекта предлагалось создать только большую орбитальную станцию на Земной орбите. Но в обоих проектах было определено, что орбитальные полёты: снабжение станции, доставку на орбиту грузов для дальних экспедиций или блоки кораблей для дальних полётов, смена экипажей и прочие задания на орбите Земли, должны осуществляться многоразовой системой, которая и получила тогда название Space Shuttle.

Командованием ВВС США были заключены контракты на проведение НИОКР и испытаний. Системное проектирование и системная интеграция были возложены на исследовательскую корпорацию Aerospace Corp.. Кроме того, к работе над шаттлом подключились следующие коммерческие структуры: за разработку второй ступени отвечали General Dynamics Corp., McDonnell-Douglas Aircraft Corp., за разработку шаттла, организацию и проведение полётов — North American Rockwell Corp., TRW, Inc., полезной нагрузки — McDonnell-Douglas Aircraft Corp., TRW, Inc., Aerospace Corp. Курированием проекта от государственных структур занимался Космический центр им. Кеннеди.

Расчётный объём работы над шаттлом превысил 750 тыс. человеко-лет работ, что создавало на период работы над ним с 1974 по 1980 год 90 тыс. рабочих мест напрямую занятых в создании шаттла с перспективой доведения показателя трудоустройства до 126 тыс. при пиковой загрузке, плюс 75 тыс. рабочих мест на второстепенных направлениях деятельности, опосредованно связанных с проектом шаттла. Итого, на указанный период создавалось более 200 тыс. рабочих мест и предполагалось израсходовать около 7,5 млрд долларов бюджетных средств на оплату труда занятых работников всех специальностей. [10]

3.4.2.    Особенности конструкции и технические характеристики

Твёрдотоплевный ускоритель

Основными компонентами ускорителей являются: двигатель (включая корпус, топливо, систему зажигания и сопло), элементы конструкции, системы отделения, система наведения, системы авионики спасения, пиротехнические устройства, система торможения, система управления вектором тяги и система аварийного самоуничтожения.
Нижняя рама каждого ускорителя присоединена к внешнему баку с помощью двух боковых качающихся скоб и диагонального крепления. Сверху каждый SRB присоединён к внешнему баку передним концом носового обтекателя. На пусковой площадке каждый ускоритель также закреплён на мобильной пусковой площадке с помощью четырёх пироболтов, разрушающихся при старте, на нижней юбке корпуса ускорителя.

Ускорители состоят из четырёх отдельных стальных сегментов, которые собираются попарно на заводе-изготовителе и железнодорожным транспортом доставляются в Космический центр Кеннеди для окончательной сборки. Сегменты соединяются при помощи кольцевого выступа, хомута и штифтов, и герметизируются тремя уплотнительными кольцами (до катастрофы шаттла «Челленджер» в 1986 году использовалось два кольца) и термостойкой обмоткой.

В качестве топлива используется смесь перхлората аммония (окислитель, 69.6% по весу), алюминия (топливо, 16%), оксида железа (катализатор, 0.4%), полимера (такого как en:PBAN или полибутадиен, служащего связующим, стабилизатором и дополнительным топливом, 12.04%) и эпоксидного отвердителя (1.96%). Удельный импульс смеси 242 секунды на уровне моря и 268 в вакууме.

Внешний топливный бак

Бак содержит горючее (водород) и окислитель (кислород) для трёх жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) SSME (RS-25) на орбитальном аппарате и не снабжён собственными двигателями.

Внутри топливный бак разделён на три секции. Верхнюю треть бака занимает ёмкость, предназначенная для охлаждённого до температуры −183 °C (−298 °F) жидкого кислорода. Объём этой ёмкости составляет 650 тыс. литров (143 тыс. галлонов). Нижние две трети бака предназначены для охлаждённого до температуры −253 °C (−423 °F) жидкого водорода. Объём этой ёмкости составляет 1,752 млн литров (385 тыс. галлонов). Между ёмкостями для кислорода и водорода находится кольцевидный промежуточный отсек, который соединяет топливные секции, несёт в себе оборудование, и к которому крепятся верхние концы ракетных ускорителей.

Начиная с 1998 года баки изготавливались из алюминиево-литиевого сплава. Поверхность топливного бака покрыта термозащитной оболочкой из напылённой пены полиизоцианурата толщиной в 2,5 см. Задачи этой оболочки — защитить горючее и окислитель от перегрева и предотвратить образование льда на поверхности бака. В месте крепления ракетных ускорителей во избежание образования льда установлены дополнительные нагреватели. Для защиты водорода и кислорода от перегрева внутри бака также имеется система кондиционирования. Особая электрическая система встроена в бак для защиты от молний. За регулировку давления в топливных ёмкостях и за поддержание безопасных условий в промежуточном отсеке отвечает система клапанов. В баке находится множество датчиков, сообщающих о состоянии систем. Топливо и окислитель из бака подаются к трём маршевым ЖРД орбитального ракетоплана (орбитера) по магистралям питания диаметром 43 см каждая, которые затем разветвляются внутри ракетоплана и подводят реагенты к каждому двигателю. Баки изготавливались компанией «Lockheed Martin».

Орбитальный ракетоплан

Орбитальный ракетоплан оснащён тремя собственными (бортовыми) разгонными маршевыми двигателями RS-25 (SSME), начинавшими работу за 6,6 секунд до момента старта (отрыва от стартового стола), и выключавшимися незадолго до отделения внешнего топливного бака. Далее, на участке довыведения (в качестве доразгонных двигателей), а также для маневрирования на орбите и схода с неё использовались два двигателя системы орбитального маневрирования (англ. Orbital Maneuvering System, OMS), каждый тягой 27 кН. Горючее и окислитель для OMS хранились на шаттле, использовались для орбитальных манёвров и при торможении космического челнока перед сходом с орбиты. Кроме того, OMS включает задний ряд двигателей реактивной системы управления, предназначенных для ориентации космического корабля на орбите, расположенных в его хвостовых мотогондолах. В носовой части ракетоплана располагается передний ряд двигателей RCS.

Технические данные:

• Высота на стартовой позиции: 56,14 м
• Масса на старте: 2045 т
• Масса полезного груза: 29,5 т
• Процент полезного груза от общего веса: 1,4 %
• Подъёмная сила при старте: 30 806 кН (3141 тс - килограмм-сила)

Твердотопливный ускоритель:

• Длина: 45,5 м
• Диаметр: 3,71 м
• Общая масса двух ускорителей: 1180 т
• Тяга двигателей двух ускорителей: 25 500кН (2600 тс)
• Удельный импульс: 269 с
• Время работы: 123 с

Внешний топливный бак:

• Длина: 47 м
• Диаметр: 8,38 м
• Масса при старте: 756 т
• Тяга на уровне моря (104,5 %): 5252 кН
• Время работы: 480 с
• Горючее: жидкий водород
• Масса горючего при старте: 103 т
• Окислитель: жидкий кислород
• Масса окислителя при старте: 616 т

Орбитальный ракетоплан:

• Длина: 37,24 м 
• Размах крыльев: 23,79 м
• Масса (без полезного груза): 68,5 т
• Общая подъёмная сила при старте: 5306 кН
• Время работы: 1250 с
• Горючее: метилгидразин
• Окислитель: тетраоксид диазота

3.5. Космический корабль «Буран»

3.5.1. История

В апреле 1973 года в ВПК с привлечением головных институтов (ЦНИИМаш, НИИТП, ЦАГИ, ВИАМ, 50 ЦНИИ, 30 ЦНИИ) был разработан и разослан на рассмотрение и согласование в МОМ, МАП и МО СССР и ряд других смежных министерств проект Решения ВПК по проблемам, связанным с созданием многоразовой космической системы. В правительственном Постановлении № П137/VII от 17 мая 1973 года, помимо организационных вопросов, содержался пункт, обязывающий «министра С. А. Афанасьева и В. П. Глушко подготовить в четырёхмесячный срок предложения о плане дальнейших работ».

Тактико-техническое задание на разработку многоразовой космической системы выдано Главным управлением космических средств Министерства обороны СССР и утверждено Д. Ф. Устиновым 8 ноября 1976 года. В том же году головным разработчиком корабля стало специально созданное НПО «Молния». Новое объединение возглавил Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский, уже в 1960-е годы работавший над проектом многоразовой авиационно-космической системы «Спираль».

Производство орбитальных кораблей осуществлялось на Тушинском машиностроительном заводе с 1980 года; к 1984 году был готов первый полномасштабный экземпляр. С завода корабли доставлялись водным транспортом (на барже под тентом) в город Жуковский, а оттуда (с аэродрома Раменское) — воздушным транспортом (на специальном самолёте-транспортировщике ВМ-Т) — на аэродром «Юбилейный» космодрома Байконур.

В 1984 году в ЛИИ им. М. М. Громова были сформированы экипажи для испытания аналога «Бурана» — БТС-02, которые проводились вплоть до 1988 года. Эти же экипажи планировались и для первого пилотируемого полёта «Бурана». Отбор лётчиков-испытателей на полёт на "Буране" был поручен лётчику-космонавту, Герою Советского Союза И. Волку весной 1977 г. Требовалось отобрать 7 человек с хорошей физической подготовкой для новой сверхсекретной программы. Ими стали В. Букреев, А. Щукин, Р. Станкявичюс, А. Левченко, О. Кононенко, А. Лысенко и Н. Садовников. Первым погиб Виктор Букреев. 17 мая 1977 года он совершал обычный тренировочный полёт на истребителе МиГ-25. Первый полёт прошёл удачно. Второй полёт назначен на 20 мая. Во время взлёта было подломлено переднее шасси. Машина загорелась, Букреев получил ожоги, самолёт упал, из горящего истребителя ещё живого лётчика увезли в больницу, но он скончался 22 мая. Вторым погиб Александр Лысенко 23 июня того же года. Вместе с напарником он испытывал пилотажный прибор на истребителе МиГ-23. Прибор отказал. Лысенко не успел катапультироваться. Истребитель рухнул на землю. Третим погиб Олег Кононенко. 8 сентября 1980 г. при испытаниях истребителя Як-36 на учениях в Южно-Китайском море у истребителя отказали оба двигателя, он сорвался в штопор, Кононенко не справился с управлением и машина рухнула в воду.

10 ноября 1985 года в ЛИИ МАП СССР совершил первый атмосферный полёт полноразмерный аналог «Бурана» (машина 002 ГЛИ — горизонтальные лётные испытания). Пилотировали машину лётчики-испытатели ЛИИ Игорь Петрович Волк и Р. А. Станкявичюс.

Космический полёт «Бурана» состоялся 15 ноября 1988 года. Ракета-носител «Энергия», стартовавшая с площадки 110 космодрома Байконур, вывела корабль на околоземную орбиту. Полёт длился 205 минут, за это время корабль совершил два витка вокруг Земли, после чего произвёл посадку на аэродроме «Юбилейный» космодрома Байконур.

Полёт происходил в автоматическом режиме с использованием бортового компьютера и бортового программного обеспечения. Над акваторией Тихого океана «Буран» сопровождали корабль измерительного комплекса ВМФ СССР «Маршал Неделин» и научно-исследовательское судно АН СССР «Космонавт Георгий Добровольский».

При взлёте и посадке «Буран» сопровождал истребитель Миг-25, управляемый лётчиком Магомедом Толбоевым, с видеооператором Сергеем Жадовским на борту.

В 1990 году работы по программе «Энергия-Буран» были приостановлены, а 25 мая 1993 года программа окончательно закрыта Решением Совета главных конструкторов при НПО «Энергия». При этом существует мнение, что официального закрытия как такового не было — якобы, прекратить эту программу может только президент РФ.

В 2002 году единственный летавший в космос «Буран» (изделие 1.01) был разрушен при обрушении крыши монтажно-испытательного корпуса на Байконуре, в котором он хранился вместе с готовыми экземплярами ракеты-носителя «Энергия». [11]
    
3.5.2. Технические характеристики

Технические характеристики корабля «Буран» имеют следующие значения:
•    длина — 36,4 м;
•    размах крыла — 24 м;
•    высота корабля, стоящего на шасси, — 16,5 м,
•    стартовая масса — 105 т при максимальной массе полезного груза;
•    грузовой отсек шириной 4,7 м, длиной 18,55 м и объёмом 350 м³ вмещает полезный груз массой до 30 т для доставке на орбиту, до 20 т для возвращения.

3.5.3. Сравнение Бурана и Спейс Шаттл

При внешнем сходстве с американским «Шаттлом» орбитальный корабль «Буран» имел принципиальное отличие — он мог совершать посадку полностью в автоматическом режиме с использованием бортового компьютера и наземного Комплекса радиотехнических систем навигации, посадки, контроля траектории и управления воздушным движением «Вымпел».

Комплекс «Спейс шаттл» состоит из топливного бака, двух твердотопливных ускорителей и самого космического челнока. За 6,6 секунды до момента старта (отрыва от стартового стола) запускаются три маршевых разгонных кислородно-водородных двигателя RS-25, размещённых на самом орбитальном ракетоплане (вторая ступень), а уже затем (в момент старта) — оба ускорителя (первая ступень), одновременно с подрывом крепёжных пироболтов.

«Шаттл» садится с неработающими двигателями. Он не имеет возможности несколько раз заходить на посадку, поэтому предусмотрено несколько посадочных площадок на территории США.

Комплекс «Энергия—Буран» состоял из первой ступени, представлявшей собой четыре боковых блока с кислород-керосиновыми двигателями РД-170 (в перспективе предусматривалось их возвращение и многоразовое использование), второй ступени с четырьмя кислород-водородными двигателями РД-0120 являющейся основой комплекса и пристыкованного к ней возвращаемого космического аппарата «Буран». При старте запускались обе ступени. После сброса первой ступени (4 боковых блока) вторая продолжала работать до достижения скорости чуть менее орбитальной. Довывод осуществлялся двигателями самого «Бурана», этим исключалось загрязнение орбит обломками отработанных ступеней ракеты.

Данная схема универсальна, поскольку позволяла осуществлять вывод на орбиту не только МТКК «Буран», но и других полезных грузов массой до 100 тонн. «Буран» входил в атмосферу и начинал гасить скорость (угол входа примерно 30°, постепенно угол входа уменьшался). Первоначально для управляемого полёта в атмосфере «Буран» должен был оснащаться двумя ТРД, устанавливаемыми в зоне аэродинамической тени в основании киля. Однако к моменту первого (и единственного) старта данная система не была готова к полёту, поэтому после входа в атмосферу корабль управлялся только рулевыми поверхностями без использования тяги двигателей. Перед приземлением «Буран» осуществил гасящий скорость корректирующий манёвр (полёт по нисходящей восьмёрке), после чего шёл на посадку. В этом единственном полёте у «Бурана» была лишь одна попытка для захода на посадку. При посадке скорость составляла 300 км/ч, во время входа в атмосферу доходила до 25 скоростей звука (почти 30 тысяч км/ч).

В «Шаттле» и «Буране» для испытательных запусков предусматривались катапультные кресла для двух пилотов; при наличии большего экипажа спасение катапультными креслами не было предусмотрено.

3.6. SpaceShipOne

3.6.1. История

Изготовлен компанией Scaled Composites LLC (США), с 1982 года занимающейся производством экспериментальных летательных аппаратов. Одной из целей создания было участие в конкурсе Ansari X Prize, где основным условием являлось создание космического корабля, способного дважды в течение двух недель выйти в космическое пространство с тремя людьми на борту. Победитель должен был получить приз в размере 10 миллионов долларов. Награждение было намечено на начало 2005 года. В результате полётов уже в начале октября 2004 года команде создателей SpaceShipOne удалось выиграть этот приз.

Председателем Scaled Composites Бертом Рутаном и одним из основателей Microsoft Полом Алленом в апреле 1996 года основана частная космическая программа, известная как Tier One (Тир Уан). Её целью стало продвижение коммерческого космического туризма.

Начав со штата сотрудников менее 30 человек, программа уже через несколько лет, на примере SpaceShipOne, показала перспективность своих разработок. В дальнейшем компания планирует осуществлять суборбитальный космический туризм на аппарате SpaceShipTwo. [12]

3.6.2. Особенности конструкции

При конструировании летательного средства был применён ряд оригинальных решений. Главным из них стало использование специально разработанного гибридного двигателя, работающего на полибутадиене и оксиде азота(I) (N2O).

Кабина пилота представляет собой герметичную камеру, где создаётся необходимое давление. Многочисленные иллюминаторы созданы из двухслойного стекла, каждый слой должен выдерживать возможные перепады давления. Воздух внутри кабины создаётся тройной системой, использующей кислородные баллоны, углекислый газ удаляется специальной поглощающей системой. Отдельная система контролирует влажность воздуха. Всё это позволяет обходиться без космических скафандров.

4. Творческое наследие Королёва С.П.

Выдающийся ученый и крупнейший конструктор в области ракетно-космической техники академик Сергей Павлович Королев (1907-1966 гг.) навеки вошел в историю, положив начало осуществлению, быть может, самой дерзновенной мечты человечества - мечты о покорении космоса. Начиная с 30-х годов и до конца жизни, он последовательно и настойчиво шел к этой цели и внес неоценимый вклад в ее достижение. Хотя сам Сергей Павлович подчеркивал, что основная его работа всегда заключалась в создании различных ракетных конструкций, фактически его деятельность оказывала определяющее воздействие на целые направления развития прикладной и фундаментальной науки, техники, промышленности, народного хозяйства и обороны страны.

С именем С. П. Королева связано создание могучей советской ракетно-космической промышленности, а также новой области человеческой деятельности - космонавтики. С. П. Королев принимал участие в разработке многих космических систем и конструкций.

К сожалению, С. П. Королев не успел осуществить задуманное полностью.

С юношеских лет С. П. Королев увлекся авиацией, занимался планеризмом. В 1924 г. он приступил к конструированию планеров, а с 1925 г.- к самостоятельным полетам на них. Это были годы массового развития планеризма в нашей стране. Почти ежегодно организовывались всесоюзные слеты планеристов в Крыму, в которых с 1927 г. неоднократно участвовал и С. П. Королев. В 1929 г. он вместе с С. Н. Люшиным спроектировал и построил оригинальный планер «Коктебель», на котором сам совершил ряд успешных полетов.

В 1930 г. С. П. Королев построил новый планер СК-3 «Красная Звезда» - первый в истории безмоторной авиации, предназначенный для выполнения фигур высшего пилотажа. В том же году на этом планере летчик В. А. Степанчонок впервые в мире в свободном полете выполнил петлю Нестерова.

Еще в 1929 г. С. П. Королев познакомился с гениальными идеями К. Э. Циолковского, которые сразу же глубоко увлекли его. Впоследствии он напишет о работах основоположника теории реактивного движения: «Самое замечательное, смелое и оригинальное создание творческого ума Циолковского - это его идеи и работы в области ракетной техники. Здесь он не имеет предшественников и намного опережает ученых всех стран и современную ему эпоху». Этим чувством нового, способностью ставить и решать задачи, которые до него не решались никем, обладал и сам С. П. Королев.

В 1931 г. С. П. Королев познакомился с Ф. А. Цандером. Знакомство и последующая совместная работа привели к созданию общественной Группы изучения реактивного движения (ГИРД), которая начала функционировать в Москве осенью 1931 г.

Сотрудниками Московской ГИРД были главным образом молодые ученые, инженеры, конструкторы, рабочие, увлеченные реактивной техникой, идеей межпланетных сообщений. Первое время ГИРД занималась в основном пропагандой возможностей ракетной техники, а также привлечением к сотрудничеству специалистов. С июля 1932 г. ГИРД, ставшую к этому времени научно-исследовательской организацией, официально возглавил С. П. Королев, и в работе коллектива основными стали практические исследования и конструкторские разработки. Московская группа, как наиболее успешно работавшая, являлась центральной и стала осуществлять руководство почти всем гирдовским движением в стране.

Создание советской школы ракетостроения - только часть вклада С. П. Королева в исследование и освоение космического пространства. Характеристика его творчества в этой области была бы неполной без анализа его разработок космической программы Советского Союза, формулирования с его участием проблематики фундаментальных исследований космоса и планомерного развития под его руководством ракетно-космических средств для осуществления беспрецедентной по масштабам и новизне в истории человечества научно-технической программы.

Революционные преобразования в нашей стране по строительству первого в мире бесклассового общества под руководством Коммунистической партии Советского Союза, пробуждение творческой активности широких народных масс явились фундаментом для формирования выдающихся ученых нового типа, к числу которых принадлежит С. П. Королев.

Личный авторитет С. П. Королева в коллективе был очень весом. В его основе были такие человеческие качества, как широкая техническая и общеполитическая эрудиция, умение слушать, отделять главное от второстепенного, требовательность, настойчивость в достижении цели, готовность прийти на помощь в любое время каждому независимо от служебного положения человека в коллективе.
Все эти качества ученого нового типа предопределили выдающееся место С. П. Королева в истории развития отечественной науки и техники. Многие главные конструкторы новой техники, ученые новых специализаций, рожденных в ходе освоения космического пространства, справедливо считают себя учениками академика С. П. Королева.

Родина высоко оценила деятельность С. П. Королева. Он был дважды удостоен звания Героя Социалистического Труда, ему была присуждена Ленинская премия. Академия наук СССР избрала С. П. Королева своим действительным членом, а затем членом Президиума Академии и присудила ему первую золотую медаль имени К. Э. Циолковского. [1]

5. Перспективы развития космопланов

На протяжении нескольких десятилетий разрабатываются разнообразные проекты подобных систем, однако реальные их перспективы остаются под вопросом. К настоящему времени лишь несколько подобных проектов удалось довести до эксплуатации, а будущее всего направление остается под вопросом.

Ведущие державы начали активные работы по этой тематике еще в пятидесятых годах прошлого века. В дальнейшем было разработано множество разнообразных аэрокосмических систем (АКС) с применением отличающихся космопланов. Некоторые из этих проектов даже доходили до натурных экспериментов с применением опытной техники.

При этом направление до сих пор остается не слишком удачным и развитым. Количество испытанных образцов значительно меньше общего числа предлагавшихся проектов, а до реальной эксплуатации дошел только один комплекс.

Самым успешным орбитальным самолетом является американский Space Shuttle. В 1981-2011 гг. такие аппараты совершили 135 полетов (2 аварии), в ходе которых доставили на орбиту и вернули на Землю сотни тонн груза и десятки астронавтов. Однако эта программа не решила задачу сокращения стоимости вывода и возврата полезной нагрузки, а также оказалась чрезмерно сложной. Кроме того, к началу десятых годов космопланы выработали свой ресурс, а строительство новых оказалось нецелесообразным.

В нашей стране работы по космопланам остановились на стадии испытаний. Так, в семидесятых и восьмидесятых была проведена обширная программа стендовых и летных испытаний аппаратов серии БОР, в т.ч. с выходом на орбиту. В 1988 г. свой единственный космический полет совершил корабль «Буран». Дальнейшие отечественные проекты не продвигались дальше самых ранних стадий.

Несмотря на все усилия, направление АКС с орбитальным самолетом пока имеет лишь ограниченные успехи. В ближайшем будущем ситуация может измениться – но сроки и результаты текущих процессов пока остаются под вопросом. К такому положению дел привел ряд характерных факторов и затруднений, с которыми приходится сталкиваться ракетно-космической отрасли.

Главная проблема космопланов заключается в сложности их создания. Конструкторам необходимо совмещать специфические особенности орбитальной техники и аэродинамического полета, учитывая характерные нагрузки на конструкцию. Для этого нередко требуется разработка новых технологий и компонентов. Соответствующим образом растет стоимость работ.

Из-за объективных ограничений и различных трудностей разработка аэрокосмических систем с космопланами пока может похвастать лишь ограниченными достижениями. Большая часть проектов такого рода ушла в историю без реальных результатов, а основная масса актуальных разработок пока не вышла из стадии испытаний. Однако интерес к этой тематике сохраняется и стимулирует продолжение работ. Можно предполагать, что в будущем ситуация станет постепенно меняться, и новые образцы орбитальных самолетов будут доведены до эксплуатации. Впрочем, аналоги старого «Спейс Шаттла» с такими же размерами и полезной нагрузкой, по всей видимости, в ближайшие годы не появятся. [13]

Заключение

Изучив историю создания аппаратов аэрокосмической систем, рассмотрев их характеристики, дав краткое представление о творческом наследии Королёва, можно сделать следующие выводы:

1. Авиация действительно сыграла важную роль в освоении космоса, т.к. многие конструкторы космических кораблей, а также космонавты, начинали свой путь с авиации.
2. Конструкции  аппаратов аэрокосмической системы создавались по подобию с самолётами и имели схожие с ними характеристики.
3. Научные труды и космические аппараты Королёва С.П. сделали нашу страну одной из самых главных космических держав.
4. Космонавтика и сейчас продолжает совместное развитие с авиацией.

Список литературы

1. Келдыш  М.В. Творческое наследие академика Сергея Павловича Королёва. Избранные труды и документы - М: Наука, 1980 г. , 595 с.
2. Лукашевич В. П., Афанасьев А. Б. Космические крылья — М.: ЛенТа Странствий, 2009, 496с.
3. Черток. Б.Е. Ракеты и люди. Лунная гонка М.: Машиностроение, 1999.
4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Орбитальный_самолёт#Космолёты
5. https://avia.pro/blog/orbitalnyy-samolet
6. https://epizodsspace.airbase.ru/bibl/aviatsiya-i-kosmonavtika/1962/pochemu.html
7. https://ru.wikipedia.org/wiki/North_American_X-15
8. https://ru.wikipedia.org/wiki/X-20_Dyna_Soar
9. https://ru.wikipedia.org/wiki/Спираль_(авиационно-космическая_система)
10. https://ru.wikipedia.org/wiki/Спейс_шаттл
11. https://ru.wikipedia.org/wiki/Буран_(космический_корабль)
12. https://ru.wikipedia.org/wiki/SpaceShipOne
13. https://topwar.ru/180901-perspektivy-i-problemy-kosmoplanov.html