ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ САМОЛЕТОВ-НОСИТЕЛЕЙ ДЛЯ ЗАПУСКА МАЛЫХ, МИНИ- И МИКРОСПУТНИКОВ
© В.В.Балашов, В.М.Бузулуков, Б.Х.Давидсон, А.В.Смирнов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2003 г.
Отличительной чертой творчества Циолковского является исключительно мирная направленность исследований — ни один из его проектов, включая «реактивный прибор» — ракету, не предусматривал военного применения. Однако реальное развитие ракетной техники пошло по-иному: путь от немецкой V-2 до советской Р-7 — это путь планомерного наращивания дальности полета и массы боевой части ракеты. В период жесткой конфронтации между СССР и США лишь после достижения главной цели — обеспечения доставки ядерного заряда на межконтинентальную дальность появилась возможность и получено разрешение на решение исключительно мирной задачи — запуск искусственного спутника Земли. Спустя десятилетия, в условиях заметного ослабления международной напряженности, в соответствии с договоренностями о сокращении численности ракетных вооружений начался процесс конверсии — использования боевых ракет для запуска на орбиты различных полезных нагрузок, в том числе и коммерческих. В настоящей работе рассматриваются перспективы подобной конверсии в военной авиации — использования сверхзвуковых бомбардировщиков и истребителей для запуска малоразмерных ИСЗ.
Авиационно-космические комплексы (АКК) являются перспективным направлением развития средств доставки полезных нагрузок (ПН) на орбиты ИСЗ. В состав АКК входят самолет-носитель (СН) и ракета-носитель (РН). Воздушный старт РН, осуществляемый с движущегося СН, имеет ряд преимуществ перед наземным стационарным стартом: уменьшение величины характеристической скорости, необходимой для выведения ИСЗ на орбиту; расширение диапазона азимутов пуска при использовании имеющихся полигонов, а также возможность реализации необходимых азимутов при старте в морских акваториях; доставка ракеты-носителя самолетом-носителем в плоскость орбиты ИСЗ, что позволяет использовать более экономичные траектории выведения РН.
Важным сегментом рынка пусковых услуг в последние годы стали малоразмерные ИСЗ, на базе которых строится ряд современных спутниковых систем. Согласно современной классификации выделяются следующие группы малоразмерных ИСЗ: малые — массой 500…1000 кг, мини — массой 100…500 кг и микро — массой 50…100 кг. Ракеты-носители для индивидуального запуска малоразмерных ИСЗ имеют меньшую эффективность по сравнению с ракетами среднего и тяжелого классов. Малые размеры ракеты и ее агрегатов неблагоприятно влияют на весовые характеристики: ракетные двигатели малых размеров и тяги имеют худшие весовые характеристики; относительная (по отношению к массе топлива) масса конструкции больше, чем у тяжелых ракет; относительная (по отношению к массе ПН) масса систем навигации, управления, телеметрии, устанавливаемых на последней ступени, заметно выше, чем для более тяжелых ракет. Преимущества АКК перед РН наземного старта в наибольшей степени могут проявиться при индивидуальном запуске малоразмерных ИСЗ. Первым созданным АКК является комплекс запуска малоразмерных (массой до 450 кг) ИСЗ в составе дозвукового самолета (B-52 или L-1011) и трехступенчатой РН с РДТТ «Pegasus» (стартовая масса – 19 т). Первый запуск состоялся в апреле 1990 г., к настоящему времени выполнено более 30 пусков РН воздушного старта «Pegasus» и «Pegasus XL».
Максимальная начальная энергия может быть придана РН, стартующей со сверхзвукового СН. На протяжении 90-х гг. в ряде стран мира велись разработки АКК на базе модификаций существующих сверхзвуковых самолетов. В 1989…1990 гг. фирмой OHB System (Германия) и МКБ «Радуга» (СССР) были представлены независимые разработки проектов АКК с использованием сверхзвуковых самолетов: проект «Диана» на базе пассажирского самолета «Конкорд» и проект «Бурлак» на базе стратегического бомбардировщика Ту-160. В 1993 г. был представлен совместный проект «Диана-Бурлак» на базе модифицированного самолета-носителя Ту-160СК. Взлетная масса СН — 275 т, стартовая масса РН — 28.5 т, масса полезной нагрузки, выводимой на круговую орбиту высотой 200 км: на полярную орбиту — 775кг, на экваториальную орбиту – 1100 кг. При такой «грузоподъемности» комплекс «Диана-Бурлак» оказывается в сфере эффективного применения легких конверсионных ракет, с которыми трудно конкурировать по удельной стоимости выведения ПН. Возможно, это явилось одной из причин, по которым работы по комплексу были прекращены. Весьма перспективным представляется использование в качестве СН еще одной разработки ОКБ им. А. Н. Туполева — самолета Ту-22М3, обладающего меньшей размерностью (максимальная взлетная масса — 124 т), чем Ту-160 и, соответственно, являющегося более эффективным для запуска РН меньшей размерности, чем РН «Диана-Бурлак».
Наряду с проектами использования в качестве СН сверхзвуковых бомбардировщиков рассматривается возможность использования для запуска ИСЗ тяжелых сверхзвуковых истребителей. АКК «Миг-Космос» на базе истребителя-перехватчика МиГ-31 предназначен для выведения на низкие орбиты ИСЗ ПН массой до 150 кг. Взлетная масса СН — 40 т, стартовая масса РН — 10 т. Самолет МиГ-31 обладает уникальными характеристиками, обеспечивающими его высокую эффективность в качестве СН. Среди зарубежных истребителей отсутствует самолет, сравнимый по энергетическим возможностям с МиГ-31. Наиболее приемлемым для использования в качестве СН является самолет F-15 различных модификаций со стартовой массой до 32 т. Директорат космических систем SSD Израиля инициировал разработку АКК с использованием в качестве СН истребителя F-15A. Двухступенчатая твердотопливная РН разрабатывается на базе ракеты Black Sparrow, которую предполагается оснастить более мощным двигателем. Взлетная масса СН — 29.6 т; стартовая масса РН – 12.6 т; масса ПН, выводимой на круговую орбиту высотой 200 км: экваториальную – 100кг, полярную – 50 кг. Управление по перспективным военным исследовательским проектам DARPA Министерства Обороны США в рамках программы RASСAL рассматривает возможность быстрого выведения малоразмерных разведывательных спутников. Проект предполагается осуществить с использованием высокоскоростного высотного самолета. Основные требования DARPA по программе RASСAL: 24-часовой цикл предстартовой подготовки после доставки ПН на стартовую площадку, выведение ПН массой 75 кг на гелиосинхронную орбиту высотой 500 км. Выбор самолета-носителя пока не проведен, но вполне возможно, что им станет тяжелый истребитель F-15, энергетические возможности которого позволяют решить задачи, сформулированные в программе RASСAL.
Результаты проведенного в работе анализа свидетельствуют о перспективности использования сверхзвуковых самолетов в составе авиационно-космических комплексов, предназначенных для выведения малоразмерных полезных нагрузок на низко-высотные орбиты ИСЗ.