Альтернативная история космонавтики Ссср

Боковой маневр при посадке +-2000км

Скорость при посадке — до 300км/ч

Продолжительность полета

— в пилотируемом варианте — до 1 месяца

— в беспилотном варианте — до 1 года

Габариты

Длина — 18.5м

Размах крыла — 11.6м

Высота 6.7м

Габариты грузового отсека

Длина — 6.5м

Диаметр — 2.5м

Сравнительные размеры кораблей (слева направо) Буран, ЛКС, Союз-ТМА

Теплозащитное и теплоизоляционное покрытие было рассчитано на

100 пусков, причем изготавливалось оно по нетрадиционной технологии,

позволившей отказаться от очень затратной "плиточной" системы. Была

реальная возможность создать ракетно-космическую систему с многоцелевым

космическим самолетом ЛКС и ракетоносителем Протон всего за четыре года.

Для запуска ЛКС уже тогда были готовы два стартовых комплекса на две

стартовые позиции каждый.

Экипаж ЛКС — 2 человека. Но если в грузовой отсек объемом 30куб.м

поместить сменную/съемную пассажирскую кабину на двух-четырех человек,

то останется еще место для двух-двух с половиной тонн груза. Таким

образом, при обслуживании орбитальных станций один старт ЛКС заменяет

два старта КК Союз и один старт грузового КК Прогресс.

Можно предусмотреть пассажирскую кабину на 6 человек в варианте

"Спасатель экипажа орбитальной станции".

Система "Протон-ЛКС" должна была выполнять те же задачи, что и

"Энергия-Буран", но стоимость программы Челомея ниже более, чем в 100

раз. Да и оперативность значительно выше.

В реальной истории Буран взлетел 15.11.1988г. ЛКС мог взлететь

уже в 1984.

19 мая 1981 года все было кончено. Проект не спасли ни письма

академиков из ЦАГИ, ни определенная поддержка ВВС, рвавшихся в то время

в космос. Все попытки Челомея доказать, что программа могла бы по крайней

мере выступать в качестве резервной (на случай проблем с Бураном), в

расчет не принимались.

Макет был разобран по требованию Минобщемаша СССР, курироровавшего

в те времена ракетно-космическую отрасль. Красиво звучит — разобран.

Нейтрально так. На самом деле пришли люди в штатском, но с допуском.

И просто разломали макет.

Что же надо сделать в альтернативной истории?

1. Отказаться от разработки системы "Энергия-Буран". РН Энергия не нужен,

так как есть РН Н-1. Стотонный МТКК Буран экономически нецелесообразен.

2. Дать зеленый свет (и максимальный приоритет) работам по ЛКС.

Что теряем и что имеем в результате такой замены? Теряем возможность

создания сверхтяжа-двухсоттонника "Вулкан" (РН Вулкан — это вариант РН

Энергия с восемью "боковушками" и вертикальным расположением полезной

нагрузки) Нужен ли такой мощный носитель? В реальной истории полезной

нагрузки для него не найдено. Если появится... Королев на этот случай

предлагал подставить под Н-1 еще одну ступень. Более мощную, чем 1-я

ступень Н-1. Второй вариант решения проблемы — 2 запуска стотонников и

орбитальная сборка.

Ракетоноситель-двухсоттонник Вулкан (проект)

Что имеем? Имеем многоразовый космический корабль-двадцатитонник

для обслуживания орбитальных станций уже в 1984 году. По проекту Челомея

ЛКС выводится Протоном. Но вспоминаем, что у нас есть более мощный

РН Н-11-у. При использовании Н-11-у можно загрузить ЛКС значительно

серьезнее. Вместо четырех тонн — шесть или восемь. Да хоть десять

— сколько в грузовой отсек влезет, сколько корпус ЛКС на старте выдержит.

Что делать с Глушко? А ничего с ним не делать! Главное — к власти

на километр не подпускать. Поручить изготовить те самые кислородно

-керосиновые двигатели РД-170 тягой 800т, которые он отказался делать

для Королева, и которые в реальной истории сделал позднее для своей

Энергии. Потом — РД-150 тягой 1500т. Если сделает хорошие — можно

подумать о замене движков на первой ступени Н-1. И разработке 200-тонного

носителя для программ освоения Луны и планет Солнечной Системы.

Итак, что мы имеем в альтернативной истории к 1985 году:

— парк ракетоносителей всех классов. От легких до стотонника Н-1.

— многоразовый транспортный космический корабль ЛКС с

грузоподъемностью 4т в случае использования РН Протон и 6-10т с Н-11-у.

Американцы с 1981-го летают на шаттлах. Грузоподъемность шаттла

— 29.5т. Такая же, как у Н-11-у. Но запуск шаттла обходится в несколько

раз дороже. Носителя-стотонника у них нет. У нас есть Н-1. То есть, мы

можем все то же, что и они, но дешевле. Но мы можем и больше! Например,

можем запустить тяжелую орбитальную станцию размером со Скайлэб.

Итог: Две коррекции истории — и мы снова впереди планеты всей.

РН Протон выводит на орбиту ЛКС Челомея (проект)

ЛКС Челомея на орбите (проект)

Глава 4. Коррекция истории N3. Авиационно-космическая система.

До сих пор мы обходились минимальными необходимыми воздействиями на

историю. Теперь пришло время взяться за серьезный проект.

Одноразовые носители позволили человечеству выйти в космос. И даже

оставить следы на Луне. Но пока дорогая и тяжелая ракета используется

только один раз, мы в космосе гости. Представьте, что аэробус А-380

списывался бы в утиль после первого же полета. Во сколько обошлась бы

путевка в Египет по схеме "Все включено"?

Нужно переходить на многоразовые носители. Чтоб полет в космос стоил

бы ненамного дороже полета из Европы в Америку. ЛКС — верный шаг в этом

направлении. Но он — лишь 4-я ступень многоступенчатой системы. 20 тонн

из 700 на стартовом столе. 680т — по-прежнему одноразовый РН. А нужно,

чтоб одноразовым компонентом было только топливо!

Какие параметры должны быть у многоразового носителя? Назовем его

АКС (Авиационно-Космическая Система).

Прежне всего — грузоподъемность. АКС должен брать на себя 90%

грузопотока на орбиту. Смотрим на статистику, получаем цифру 15 тонн на

НОО (Низкой Опорной Орбите 200км).

Второй параметр долговечность. Как у "Семерки" или Протона в

реальной истории.

Третий — универсальность.

Ну и чисто эксплуатационные параметры тоже должны быть на высоте.

В идеале — как у тяжелого транспортного самолета.

Главный принцип при разработке — не выпендриваться. Грубая простота

в эксплуатации удобнее и надежнее конструкторской вычурности.

Самая тяжелая часть РН — первая ступень. Если она многоразовая,

имеет смысл осуществлять посадку по-самолетному, на ВПП аэродрома. Тогда

и взлет логично производить по-самолетному.

Какие параметры имеет самый тяжелый транспортный самолет? Самый

тяжелый — это АН-225 "Мрия" (1988 год). Масса пустого — 250т. Рекордная

взлетная — 630т. Длина 84м. Размах крыльев 88.4м. Высота 18.2м. Площадь

крыла 905 кв.м. Длина грузовой кабины 43м. Двигатели 6 х ДТРД Д-18 тягой

по 229.5кн каждый. Практический потолок 11000м.

Вот на эти параметры и будем ориентироваться. 15 тонн на орбите и

не более 650 на старте.

Конструкция:

При разработке будем ориентироваться на РН Протон (схема выведения,

распределение скоростей на различных участках выведения), АН-225 "Мрия"

(размеры, грузоподъемность, аэродинамика), XB-70 — "Валькирия"

(аэродинамика) и Буран (схема снижения/гашения скорости).

Понятно, что машина получается отнюдь не маленькая. Понятно, что

на последнем этапе разгона машина выходит на гиперзвуковую скорость

(приблизительно 4 M). И это должно быть учтено в аэродинамической схеме.

После первых же прикидочных расчетов становится ясно, что создать

полностью многоразовый носитель под заявленную грузоподъемность не

получится. 2-я и 3-я ступени получаются одноразовые. Первая ступень

— многоразовая, самолетного типа. Меняем название с "Авиационно-Космическая

Система" на "Авиационно-Космический Самолет".

Предварительная развесовка:

15т — ПН (Полезная Нагрузка)

150т — 2-я ступень + 3-я ступень + ПН

640т — АКС на взлетной полосе.

640-150=490т — масса 1-й ступени (собственно, сам АКС)

Из них: 240т — сухой вес + 250т — топливо.

Топливо. Всего 250т

Авиационное: 16т — на взлет и подъем до высоты 11-12км

10т зарезервировано на посадку

224т — топливо для ЖРД — керосин + жидкий кислород.

Предварительная развесовка 2-й и 3-й ступеней АКС

2-я ступень — 8т + 90т топлива = 98т

Двигатель 1 х НК-33-1

3-я ступень — 3.5т + 33.5т топлива = 37т

Двигатель 1 х НК-31

Итого 11.5т + 123.5т топлива = 135т

При каждом старте безвозвратно теряется 11.5т ценного, дорогостоящего

оборудования... Жалко...

Но при старте Протона теряется 32.5+12.1+4.35=48.95т. То есть, в 4

раза больше.

Для сравнения:

2-я ступень Протона — 12.1т + 160т топлива = 172.1т.

3-я ступень Протона — 4.35т + 46.35т топлива = 50.7т.

Протон — носитель 60-х годов ХХ века. А вот пример ступени

современного носителя Falcon-9.

2-я ступень Falkon-9 — 3.1т + 48.9т топлива = 52т.

По весовому совершенству 3-я ступень АКС значительно проигрывает

2-й ступени Фалькона, но... до технологий ХХI века еще дожить надо. А мы

ориентируемся на технологии 70-х годов ХХ века.

АКС. Наиболее интересные ракурсы — снизу, сбоку, сзади

Длина АКС 75м. Размах крыла 50м. Высота 20м.

Длина грузового отсека — 32м. Максимальный диаметр груза — 5.5м.

АКС чем-то напоминает Ту-144 и Конкорд. Дельтавидное крыло, под

которым располагаются шесть воздушно-реактивных двигателей ДТРД. Но крыло

располагается не под, а над фюзеляжем.

Два вертикальных киля прорезают крыло.

При полете на сверхзвуке воздухозаборники ДТРД закрываются заслонкой

(на рисунке изображена пунктиром).

На корме расположены пять "космических" кислородно-керосиновых ЖРД.

Шасси пятистоечное. Две управляемые стойки с одной колесной тележкой

спереди, три стойки с четырьмя колесными тележками на каждой сзади.

В передней части фюзеляжа располагаются "крылышки" — горизонтальные

рулевые поверхности.

При разработке очень полезно понимать, какое место занимает

проектируемая машина в ряду авиационной и космической техники.

Слева направо (в одном масштабе):

Экранолет Каспийский монстр (540т)

ТУ-144Д (207т)

Мрия (630т)

ТУ-160(275т)

АКС (640т)

Энергия-Буран (2400т)

Экранолет Лунь (380т)

Слева направо (в одном масштабе):

Сатурн-5. Высота 110.6м. Масса 2950т

Н-1. Высота 105.3м. Масса 2950т

Энергия-Буран. Высота58.8м. Масса 2400т

АКС Длина 75м. Масса 640т

Особенности конструкции

По существу, АКС представляет из себя конвертоплан. Первые двадцать

минут полета это дозвуковой (околозвуковой) самолет. Потом, в течение 75

секунд это гиперзвуковой разгонщик. И далее — до посадки — это снова

самолет. Самолет и разгонщик используют разные двигатели, разные виды

топлива.

Ресурс ЖРД намного ниже, чем авиационных ДТРД. Это значит, ЖРД

придется часто заменять, причем, все сразу. Поэтому логично, чтоб блок

ЖРД был легкосъемным, и операция по замене ЖРД сводилась к замене заренее

собранного блока и подключению коммуникаций.

Створки грузового люка открываются вниз. Это удобно и безопасно при

выведении полезной нагрузки, но неудобно при загрузке. Загрузочная площадка

должна быть оборудована ямой.

Выбор двигателей

Поскольку данная работа не фэнтэзи, желательно, чтоб эти двигатели

УЖЕ СУЩЕСТВОВАЛИ в то время в реальной истории. В крайнем случае, не

должно быть никаких помех возможности их создания.

1. ЖРД. Двигатели должны быть кислородно-керосиновые. Многосопловые

плохо вписываются. Зато НК-33-1 подходят по тяге и габаритам. На начальном

этапе можно использовать НК-43. Ведь двигатели включаются на высоте более

11км, где плотность воздуха в 4-5 раз ниже, чем на уровне моря.

Компьютерное моделирование показало, что четырех двигателей мало.

Шесть — много. Ну а пять — близко к оптимуму.

Двигатель НК-33

Его модификация — ЖРД НК-33-1 имеет параметры:

Длина 3.7м. Диаметр 1.49м. Масса (залитого) 1393кг

Тяга: 223тс в вакууме, 195тс на уровне моря

Удельный импульс: 350.6с в вакууме 307с на уровне моря

2. ДТРД. На Мрии стоят шесть ДТРД Д-18 тягой по 23.43т на уровне

моря (и всего 4.86т на высоте 11км) Итого 140.58т. Но компьютерное

моделирование показало, что тяги на взлете не хватает. Слишком долгим

получается разгон. Нужна ВПП длиной 5-5.5км, а это усложняет эксплуатацию

машины. Поставить восемь двигателей? Монстр получается. И аэродинамика

страдает. Восемь двигателей не вписываются между вертикальными килями.

Тупиковый путь...

ДТРД Д-18. Пошел в серию в 1985г

Разработан для самолетов АН-124 (Руслан) и АН-225 (Мрия)

Скрепя сердце, выбираю в качестве прототипа двигатель Trent 980

фирмы Rolls-Royce с тягой 37.75т на уровне моря. Фирма зарубежная, к

тому же эти двигатели впервые поднялись в воздух только в 2004 году.

Зато они идеально подходят по тяге и габаритным размерам. И у них есть

еще одно достоинство: Они существуют в нашей реальности. Значит,

двигатели с подобными параметрами МОЖНО СОЗДАТЬ. Сложно, но реально.

Итак, ставим шесть двигателей с параметрами Trent 980 суммарной

тягой 226.5т Тяга превышает 1/3 веса, и разгон укладывается в 3500м.

Что дает возможность полностью загруженной машине взлетать с полос

4000м.

ДТРД семейства Trent 900 фирмы Rolls-Royce.

Схема полета (компьютерное моделирование)

Для уточнения всех неясных моментов было проведено компьютерное

моделирование полета АКС и выведения на НОО полезной нагрузки 15 тонн.

В модели использовался пошаговый метод. Квант времени — 10мс. При отладке

использовался квант времени 1мс. (За 1мс объект проходит по орбите 8м.)

Но практика показала, что такая точность не нужна.

Для вычисления тяги двигателей и аэродинамических характеристик

требуется значение плотности атмосферы. Поэтому перед началом основного

счета обсчитывается модель атмосферы с дискретностью 1м по высоте.

Изменение температуры воздуха с высотой не учитываются, поэтому на

высотах больше 100км ошибка в плотности может быть существенной. Но с

другой стороны, сама плотность так мала, что эта неточность не оказывает

серьезного влияния на результат.

За высоту точки старта берется уровень моря. Это близко к

фактическому значению для американского космодрома на мысе Канаверал.

Сто метров над уровнем моря для Байконура тоже не вносят большой

погрешности.

Учет скорости вращения Земли (если нужно) производится как разовая

добавка скорости на участке разделения 1-й и 2-й ступеней.

Результаты моделирования для наглядности оформлены как телеметрия

с борта АКС с квантом времени в 1с (что соответствует 100 квантам