Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский. Непростые пути "Спирали"

«Подальше от базара и славы уходит все великое: в стороне от базара и славы всегда жили изобретатели новых ценностей »

Фридрих Ницше

Проект «Спираль»

С дальнейшим ростом скоростей и высоты полетов авиация вышла на порог космоса. В начале 60-х годов в США строится и начинает первые полеты экспериментальный ракетоплан Х-15 (в ходе испытательных полетов достигнуты скорость М=6,72 и максимальная высота 107906 м) [1].

В нашей стране тоже велись работы по созданию своих ракетопланов [5], так как после окончания Второй мировой войны между Советским Союзом и США развернулось острейшее соперничество в космической сфере. Однако главным приоритетом в СССР в те времена было создание ракет, и очень многие и в армии, и в промышленности были крайне заинтересованы в том, чтобы ракетный бум, сопровождаемый неиссякаемыми финансовыми потоками, продолжался и впредь. Добиться этого было не так уж сложно, поскольку тогдашний глава государства Н. С. Хрущев спал и видел как бы попугать Штаты советскими ракетами. Со свойственной ему скоропалительностью и авнтюризмом Хрущев пришел к мысли, что раз есть ракеты, то авиация не нужна. Поэтому несколько авиационных КБ, где уже были начаты работы по созданию авиационных космических систем (АКС), были закрыты, после чего многие их сотрудники перешли в КБ В. Н. Челомея, пользовавшегося особым расположением Н. С. Хрущева (там работал его сын), где также разрабатывали свой вариант АКС. Но после того как в 1964 году Хрущев был снят со всех своих постов, главком ВВС К. А. Вершинин позвонил Челомею и потребовал, чтобы все материалы по ракетопланам тот передал в КБ Артема Микояна.

— Идея авиационного старта в космос тогда, как говорится, витала в воздухе, — вспоминал Лозино-Лозинский[5]. — А в 65-м году, не помню уж в каком месяце, меня пригласил к себе Артем Иванович и сказал, что нашему КБ поручено создать многоразовый самолет, который выводился бы в космос, стартуя с самолета-разгонщика. «Думаю назначить тебя главным конструктором, — сказал Микоян. — Ну как, возьмешься за такую работу?» Разумеется, я не мог от этого отказаться…

В качестве первой ступени мы предполагали использовать гиперзвуковой самолет-разгонщик (ГСР) с максимальной скоростью, в шесть раз превосходящей скорость звука. Для этого нужно было решить немало самых разных проблем. И с помощью специалистов ЦАГИ (Центрального аэрогидродинамического института имени Н. Е. Жуковского) мы нашли ответы на все вопросы и провели многочисленные продувки разгонщика в аэродинамической трубе, которые подтвердили правильность наших расчетов.

Вспоминая о том, как шла работа над первой ступенью «Спирали», Глеб Евгеньевич неожиданно упомянул о чувстве гармонии:

— Иногда именно оно определяет, принять или не принять ту или иную схему летательного аппарата…

Согласно утвержденному Г.Е.Лозино-Лозинским 29 июня 1966 года аванпроекту "Спирали", авиационно-космическая система с расчетной массой 115 тонн представляла собой состыкованные воедино крылатые широкофюзеляжные многоразовые аппараты горизонтального взлета-посадки, спроектированные по схеме "несущий корпус-бесхвостка": 52-тонный (длина 38 м, размах 16,5 м) гиперзвуковой самолет-разгонщик ГСР (индекс "50-50") до скорости 6М и отделяемый от него, стартующий с его "спины" на высоте 28-30 км 10-тонный пилотируемый орбитальный самолёт (ОС) длиной 8 м и размахом крыла 7,4 м; на консоли крыла приходилось лишь 3,4 м, а остальная, большая часть несущей поверхности соотносилась с шириной фюзеляжа.

К ОС стыковался блок выведения, состоящий из топливного бака, в котором размещались основные компоненты кислород-керосин, и двух одноразовых ЖРД с тягой каждого около 100 тонн (Генерального конструктора В.П.Глушко). Блок выведения после вывода ОС в намеченную точку отделялся и падал в мировой океан. Диапазон высот рабочих орбит изменялся от минимальных, порядка 150-200 км, до максимальных 500-600 км; направление азимута запуска в связи с наличием ГСР определялось конкретным целевым назначением полета и в зависимости от точки старта могло варьироваться в пределах от 0º до 97º.

« Когда мы по-настоящему влезли в работу над первой ступенью, — продолжил свой рассказ Глеб Евгеньевич, — у нас возник новый взгляд на проектирование летательных аппаратов, который требует гармонического сочетания — подобно звукам в аккорде — всех компонентов и свойств самолета. Если раньше его облик определялся аэродинамикой, а силовая установка «вписывалась» в нее, то разгонщик мы проектировали, интегрируя силовую установку и аэродинамику. С тех пор, решая, принять или не принять ту или иную схему летательного аппарата, я без особых сомнений отдаю предпочтение той, которая вызывает во мне ощущение гармонии...

Двигатели для разгонщика взялся конструировать Архип Михайлович Люлька. Они должны были работать на жидком водороде; испаряясь под влиянием высоких температур, он превращался в пар высокого давления, энергия которого затем срабатывала на турбине для привода компрессора. Как инженер-паротехник я, конечно, не мог не поддержать идею создания пароводородного двигателя. Отработанный же водород должен был потом сжигаться в форсажной камере.

Ну а наиболее интересной и оригинальной была, конечно, форма орбитального самолета, который должен был совершать свой полет в необычном диапазоне скоростей — от семи с половиной километров в секунду при запуске на орбиту до 70 метров в секунду при посадке. Нужно было к тому же защитить его от воздействия сверхвысоких температур при возвращении на Землю…»

Орбитальный самолет конструкции Лозино-Лозинского — это несущий корпус из ниобиевого сплава с жаростойким покрытием и с очень большим радиусом носового затупления. Такая конфигурация позволяет во время космического спуска, когда воздух превращается в равновесную плазму с температурой около 6 тысяч градусов, снизить нагрев поверхности самолета до 1200–1400 градусов.

С той же целью корпус самолета должен был быть сделан в виде экрана, внешняя поверхность которого (черного цвета) излучала бы в окружающее пространство более 90 процентов тепла, передаваемого ей горячим обтекающим потоком. Еще одной защитой от перегрева должна была служить внутренняя поверхность, покрытая уплотненной «ватой» из двуокиси кремния. Корпус орбитального самолета должен был быть подвешен на ферменной конструкции на пятидесяти «шарнирах», в качестве которых предполагалось использовать керамические подшипники, что обеспечило бы ему необходимую степень свободы и исключило бы возможность температурной деформации.

Для этого самолета Лозино-Лозинский придумал «чудо-крылышки» (именно так, используя уменьшительно-ласкательный суффикс называл их сам конструктор), которые могут изменять угол наклона по отношению к вертикали от 45 до 90 градусов. Чем же была вызвана необходимость такого движения? Во время космического спуска орбитальный самолет проходит все диапазоны скоростей — от орбитальной до дозвуковой. При этом устойчивость и управляемость летательного аппарата в каждом из них зависит от местоположения так называемого аэродинамического фокуса (центра давления прироста аэродинамических сил). Поэтому на «шаттлах» и на «Буране», где неуправляемый аэродинамический фокус перемещается таким образом, что космоплан оказывается в неустойчивом положении, необходимо постоянно корректировать полет. (Это достигается с помощью достаточно сложных струйных газодинамических систем, отказ которых может привести к катастрофе).

Лозино-Лозинский избрал другое решение. Он дал возможность пилоту очень простым способом, изменяя развал крылышек, смещать этот фокус в нужном направлении, обеспечивая тем самым необходимый запас аэродинамической устойчивости.

— Чтобы спуститься, ориентируй машину по горизонту, — объяснял особенности техники управления орбитальным самолетом заместитель Лозино-Лозинского Лев Пантелемонович Воинов, — а как только зацепился за атмосферу, следи за углом атаки и креном и регулируй их с помощью крылышек. И до посадки можешь быть абсолютно спокойным: прилетишь, куда нужно…

Движение «крылышек» помогает решить и другую задачу — защитить их передние кромки от перегрева. При спуске «крылышки» устанавливаются под углом 40-45 градусов, то есть приводятся в такое положение, что их передние кромки оказываются примерно в таких же аэродинамических условиях, что и задние: воздушные потоки не натекают, а стекают с них; поэтому на передних кромках нет «критических точек», в которых возникают максимальные температуры.

«Крылышки» не нагреваются свыше 640 градусов, а это значит, что изготавливать их можно из обычной — и достаточно легкой — жаропрочной стали. На «Буране» же и на американских кораблях многоразового использования в области «критических точек» установлена тяжелая углеродная защитах[5].

 Боевой пилотируемый одноместный ОС многоразового применения предусматривал использование в вариантах разведчика, перехватчика или ударного самолета с ракетой класса "Орбита-Земля" и мог применяться для инспекции космических объектов [1].

Однако работа над «Спиралью» все же продолжалась, хотя теперь программа была переориентирована на летные испытания самолетов-аналогов. Создание же АКС «Спираль» отодвигалось на далекое и крайне неопределенное будущее…

Спустя несколько лет был построен дозвуковой аналог орбитального самолета; он сбрасывался с бомбардировщика ТУ-95 и совершал посадки в пилотируемом режиме (для этого он был оснащен воздушно-реактивным двигателем). Управлял самолетом летчик-испытатель Авиард Фастовец. Поведение самолета на гиперзвуковых скоростях исследовалось на крупномасштабных моделях, запускавшихся в космос с помощью ракет, снятых с боевого дежурства после того, как был выработан их ресурс.

Но чтобы эти запуски могли состояться, вновь потребовалось вмешательство госпожи Случайности.

— Для моделей «Спирали», — рассказывал Воинов, — необходим был весьма дорогостоящий металл — ниобий. Получить его официальным путем не представлялось возможным. Но нам повезло: оказалось, что в одном из наших подразделений работает зять министра, распоряжавшегося ниобием. Мы побеседовали с этим молодым человеком, и он сказал: «Я поговорю с папой. Папа найдет материал».

И папа нашел. Вскоре он прислал в адрес «Молнии» вагон ниобия, который шел в отвалы при добыче урана…

В начале 70-х годов, когда бурно развивалась ракетная техника, Лозино-Лозинский сказал на одном из совещаний: «Несмотря на все восторги по поводу ракет, не следует забывать и о крылатых авиационно-космических системах. Они нам еще пригодятся». Запуски «Бурана» и американских «шаттлов» подтвердили справедливость его слов.

Проект «Спираль» вызвал большой интерес у Королева: Сергей Павлович даже занимался созданием ускорителя, который должен был после отделения орбитального самолета от ГСР вывести его на орбиту. Позже Королев предложил использовать вместо гиперзвукового самолета-разгонщика ракету, которая выводила в космос корабль «Восток».

— Вместе с компоновщиком «Спирали» Яковом Ильичом Селецким, — рассказывал Лев Пантелемонович Воинов, — мы ездили к Королеву и обсуждали, как установить на его ракету наш самолет. (Без топлива он весил 7 тонн). Королев даже подбрасывал нам идеи: я, мол, как старый планерист могу вывести вас на длинном тросе. Пойдет ракета и потащит ваш самолет… Нам понравился этот вариант, но утвердить его мы не смогли.

Предполагалось, что в недалеком будущем орбитальный самолет с помощью королевской ракеты совершит облет Земли. Однако осуществить этот замысел нам не удалось. Через несколько дней после встречи Воинова и Селецкого с Королевым Сергей Павлович лег в больницу, из которой уже не вышел…

Дальность полета ГСР закладывалась до 3000 км, преодоление теплового барьера обеспечивалось соответствующим подбором конструкционных и теплозащитных материалов. В дальнейшей перспективе предусматривалась возможность создания на базе "6-махового" ГСР пассажирского самолета. Потенциал заложенных в проект идей оказался настолько велик, что в дальнейшем на их основе в НПО "Молния" велась проработка гиперзвукового пассажирского самолета на сто мест с дальностью полета до 10000 км [1].

Масса выводимого на орбиту ИСЗ полезного груза составляла до 1300 кг. В грузовом отсеке в зависимости от задач полета могла устанавливаться шлюзовая камера, для летчика предполагалось установить катапультное кресло с необходимым обеспечением его жизнедеятельности на всех этапах полета. Интегрированная система навигации и управления полетом существенно упрощала управление на всех этапах полета от разделения с ГСР до посадки. При проектировании конструкторы исходили из потребных 20-30 полетов системы в год.

ОС представлял собой летательный аппарат с несущим корпусом и крыльями, отклоняющимися вверх (с раздельным изменением угла поперечного V для каждой консоли крыла) для исключения прямого обтекания их тепловым потоком при прохождении участка плазмообразования, а также для управления по крену. Аэродинамические характеристики ОС обеспечивали боковую дальность при спуске с орбиты порядка 1500-1800 км (с работающим ТРД расчетная дальность бокового маневра на дозвуковой крейсерской скорости далеко превосходила 2000 км). Чтобы улучшить посадочные характеристики, на последнем, атмосферном участке спуска была предусмотрена перебалансировка аппарата на малые углы атаки с поворотом консолей из вертикального (килевого) положения фиксированное крыльевое. Аэродинамическое качество в дозвуковом полете с разложенными консолями крыла возрастало до 4 с соответственным увеличением дальности планирования.

ОС был оборудован двигательной установкой (ДУ), состоящей из двигателя орбитального маневрирования, с помощью которого изменялась высота орбитального полета, и необходимого количества ракетных двигателей системы управления. Запасов топлива для двигателей системы управления хватало на орбитальный полет продолжительностью до двух суток.

Реально программа НИОКР и испытаний "Спирали" реализована в меньших масштабах: для исследования характеристик устойчивости и управляемости на разных этапах полета и оценки теплозащиты из высокопрочных жаростойких материалов до закрытия работ были построены аналоги ОС в трех комплектациях (аналог для исследований в полетах на дозвуковой скорости - имитация атмосферного участка захода на посадку при возвращении с орбиты - получил кодовое обозначение "105.11", на сверхзвуке - "105.12", на гиперзвуке - "105.13") и в условиях космического полета испытаны масштабные летающие модели серии "Бор".

Аналог орбитального самолета "105.11" успешно прошел серию дозвуковых летных испытаний и полностью подтвердил заявленные характеристики. Вначале (1976г.) выполнялись "подлеты": после отрыва от земли (с помощью турбореактивного двигателя РД-36К конструкции П.А.Колесова) "105.11" сразу же по прямой шел на посадку. Таким образом его опробовали летчики-испытатели Игорь Волк, Валерий Меницкий и Александр Федотов. Последний 11 октября 1976 г. осуществил еще и короткий перелет с одной грунтовой полосы аэродрома на другую. Дальнейшие испытания предусматривали полеты "105.11" под фюзеляжем переоборудованного бомбардировщика Ту-95К. Успешные полеты позволили перейти к сбросу "105.11" с самолета-носителя, и в 1977-78 годах аналог совершил 6 испытательных полётов с планированием на ВПП после отцепки от Ту-95К на высоте около 5500 метров. Первый полет выполнил Авиард Фастовец 27 октября 1977 г., в дальнейшем к нему присоединились летчики-испытатели Петр Остапенко и Василий Урядов.

 В испытательных полетах были полностью проверены аэродинамические характеристики, устойчивость и управляемость, эффективность выбранных органов управления. После прекращения полетов дозвуковой аналог "105.11" передан в качестве экспоната в музей ВВС в подмосковном Монино, где каждый его может увидеть и сегодня.

Для подтверждения методик перерасчета результатов трубных испытаний масштабных моделей "105.12" и "105.13" на натурные условия, а также для выполнения комплексных испытаний различных типов теплозащиты (включая кварцевую) и подтверждения правильности тепловых расчетов, были проведены летные испытания моделей ОС в масштабах от 1:5 до 1:2 ("Бор-2, 3") и в масштабе 1:3 ("Бор-4"), которые также подтвердили соответствие результатов испытаний расчетным при одновременном воздействии реальных аэродинамических, тепловых, акустических и вибрационных нагрузок.

"Бор-4" представлял собой беспилотный экспериментальный аппарат длиной 3.4 м, размахом крыла 2.6 м и массой 1074 кг на орбите и 795 кг после возвращения. Он был оснащен комплексом измерительной аппаратуры, системой управления с использованием реактивных двигателей и отклоняемых аэродинамических поверхностей. В период с 1982-84 г.г. было произведено 6 запусков аппаратов "Бор-4" ракетами-носителями "Космос" с космодрома Капустин-Яр на различные траектории. Аппараты, выводившиеся на орбиты ИСЗ, получали наименования спутников серии "Космос".

В каждом запуске аппарат после орбитального полета совершал ориентированный и управляемый вход в атмосферу с управлением на этапе спуска газодинамическими органами, формировавшими выбранную траекторию. Тем самым при осуществлении стабилизации по курсу и тангажу проводились контролируемые повороты по крену в поточных осях для прогнозирования попадания на заданную дальность с непревышением расчетных тепловых потоков и перегрузок на всех этапах спуска.

БОР-4 приводнялся недалеко от побережья Австралии. В этих дальних водах специально дежурили наши боевые корабли, оборудованные средствами спасения и транспортировки орбитального самолёта. За всеми этими непростыми и ответственными манипуляциями напряжённо и с интересом наблюдали наши противники. При малейшем сбое и просчёте с  регионом приводнения аппарат вне  всякого сомнения был бы захвачен нашими противниками.

Впоследствии, по отработанной на аппарате "Бор-4" методике с космодрома Капустин Яр в сторону полигона в Сары Шаган (Казахстан) было проведено 6 суборбитальных запусков (1983-88гг.) аппаратов "Бор-5", представлявших собой масштабную модель (М1:8) орбитального корабля "Буран" массой порядка 1.4 т, и использовавшихся для исследований аэродинамических характеристик и условий входа в атмосферу.

Полная драматизма история закрытия программы "Спираль", на которую было затрачено более 75 миллионов рублей (и которая практически по всем параметрам превосходила своего американского конкурента - ВКС "Dyna Soar") - тема для отдельного рассказа.

Однако к тому времени руководство страны утратило интерес к теме «Спираль» и бросило все силы на соперничество с американцами в лунной гонке. «Заниматься фантазиями мы не будем», — заявил, ознакомившись со «Спиралью», министр обороны маршал Андрей Гречко, и работы по этой теме стали свертывать.

«Спирали» так и не дали превратиться в реальность. Лозино-Лозинскому, конечно же, очень трудно было пережить такой удар. Однако даже это не могло заставить его взять творческую паузу.

— Это было для вас большим потрясением? — спросили у Глеба Евгеньевича [5]:

— Еще бы… Мы тогда обращались за помощью к Мстиславу Всеволодовичу Келдышу, но и ему не удалось нас поддержать. Однако работа над «Спиралью» все же продолжалась, хотя теперь программа была переориентирована на летные испытания самолетов-аналогов. Создание же АКС «Спираль» отодвигалось на далекое и крайне неопределенное будущее…

Созданный задел и приобретенный опыт работы над "Спиралью" в дальнейшем значительно облегчил и ускорил создание многоразового космического корабля "Буран".

В 1971 г. Г.Е.Лозино-Лозинский назначается Главным конструктором сверхзвукового перехватчика, который впоследствии весь мир узнал как МиГ-31.

Самолет предназначен для использования в системе ПВО страны, способен выполнять длительное патрулирование и вести борьбу со всеми классами воздушных целей (в том числе малоразмерными крылатыми ракетами, вертолетами и высотными скоростными самолетами) в любое время суток, в сложных погодных условиях, при интенсивном ведении радио-электронной борьбы. К началу 1992 г. на вооружении войск ПВО стран СНГ находилось более 200 истребителей-перехватчиков МиГ-31 (еще 24 самолета поставлены Китаю). МиГ-31 являлся первым в мире серийным истребителем с фазированной антенной решеткой (ФАР импульсно-доплеровской РЛС СБИ-16 "Заслон") большой мощности. Группа из четырех взаимодействующих самолетов МиГ-31 способна полностью контролировать воздушное пространство протяженностью по фронту 800-900 км.

Г.Е.Лозино-Лозинский принимал самое непосредственное участие и в создании фронтового истребителя МиГ-29: в частности, в 1972 г. на заседании объединенного Научно-технического совета Министерства авиационной промышленности и ВВС, на котором рассматривалось состояние работ по перспективным истребителям в рамках государственной программы ПФИ, от имени ММЗ "Зенит" им.А.И.Микояна именно Глеб Евгеньевич в докладе представил проект истребителя, впоследствии получившего наименование МиГ-29. К началу 1993 г. было выпущено более 1000 самолетов, признанных одним из лучших истребителей четвертого поколения. 

В наше время МиГ-29 состоит на вооружении более 20 стран, причем из-за своих уникальных характеристик он является единственной системой оружия, оставленной на вооружении объединенной Германии, члена NATO.

СПИСОК ССЫЛОК

1) https://www.roscosmos.ru/1684/

2) http://lemur59.ru/node/10027

3) https://cont.ws/@hodanov/47673... Чкалов нашего времени

4) http://buran.ru/