История создания. Работы по проектированию пилотируемых кораблей в РКК Энергия всегда относились к приоритетным

Работы по проектированию пилотируемых кораблей в РКК Энергия всегда относились к приоритетным. В 1980-е годы на смену кораблям серии «Союз» разрабатывался, но не был утвержден проект многоразового бескрылого корабля «Заря». Даже в 90-е годы шла модификация кораблей «Союз ТМ», имелся задел по дальнейшей модернизации («Союз ТММ», «Союз ТМС»).

Во второй половине 1990-х ведущим аэродинамиком РКК Решетиным был предложен новый корабль по схеме «несущий корпус» — промежуточный вариант между крылатым Шаттломи баллистической капсулой «Союза». В рамках НИОКРа была рассчитана аэродинамика корабля, а его модель испытана в аэродинамической трубе. В 2000—2002 годах шла дальнейшая проработка корабля, но тяжелая ситуация в отрасли не оставляла надежд на реализацию. Наконец, в 2003 году Решетин сумел переломить ситуацию — проект получил путёвку в жизнь.

В 2004 году началось продвижение «Клипера». В связи с недостаточностью бюджетного финансирования основной упор делался на сотрудничество с другими космическими агентствами. В том же году интерес к «Клиперу» проявило ЕКА, но потребовало коренной переработки концепции под свои нужды — корабль должен был садиться на аэродромы как самолёт. Менее чем через год в сотрудничестве с ОКБ «Сухого» и ЦАГИ была разработана крылатая версия «Клипера». К тому же времени в РКК был создан полномасштабный макеткорабля, начались работы по компоновке оборудования.

КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ «КЛИПЕР»

В России разрабатывают новый пилотируемый космический корабль
18 февраля 2004 г.
В России разрабатывается принципиально новый космический корабль многоразового использования, который может прийти на смену "Союзам" уже в 2010 году, передает РИА "Новости". Как заявил информагентству заместитель руководителя научно-технического центра по проектно-расчетным работам РКК "Энергия" Борис Сотников, шестиместный челнок под рабочим названием "Клипер" будет похож на стилизованный утюг без ручки, летящий в космосе подошвой вниз. "Наш многоразовый корабль будет пристыкован к ракете-носителю не сбоку, как американский шаттл, а установлен сверху, как и его предшественник "Союз", - уточнил Сотников. Новейшая разработка РКК "Энергия" в основном предназначена для доставки экипажей и грузов на орбитальные станции, а также срочной эвакуации космонавтов на Землю. В РКК полагают, что челнок может быть с успехом задействован и в межпланетных полетах. "Мы делаем "Клипер" с прицелом на полеты к Марсу и Луне", - сказал Сотников. По его словам, "до Марса и обратно экипажу необходимо лететь на межпланетной станции, а вот спускаться на Землю с околоземной орбиты нужно как раз на "Клипере". Кроме того, челнок может использоваться для автономных орбитальных полетов длительностью до десяти суток, а также в научно-исследовательских целях. Пилотировать корабль будут два космонавта, а остальные места могут занять космические туристы. Стартовая масса 10-метрового челнока составит 14,5 тонны. Согласно проекту, на орбиту "Клипер" будет выводить ракета под названием "Онега" (глубоко модернизированная версия "Союза"). Говоря о финансировании проекта, Сотников отметил, что "Энергия" разрабатывает "Клипер" в основном за счет собственных средств. "От Росавиакосмоса получена некоторая сумма, но она, к сожалению, крайне незначительна", - заявил конструктор. По его словам, "сейчас проект вошел в очень важную стадию, когда уже просто необходимо подключать смежников, а средств на это нет".
Новый многоразовый корабль "Клипер" планируется включить в новую Федеральную космическую программу, информирует ИТАР-ТАСС. Об этом сообщил в Центре управления полетами (ЦУП) первый заместитель главы Федерального космического агентства (ФКА) Николай Моисеев. "В программе до 2015 года обязательно останется пилотируемое направление, поэтому уместно включить этот пилотируемый корабль в новую программу", - подчеркнул он.
"Клипер" разрабатывался на базе корабля "Союз", конструкторские решения которого проверены временем", - сказал глава Ракетно-космической корпорации (РКК) "Энергия" Юрий Семенов. За 40 лет эксплуатации "Союза" накоплен большой опыт, который используется для решения новых задач, подчеркнул он.
"Клипер" - шестиместный многоразовый пилотируемый корабль, принципиально отличающийся от всех существующих в мире "челноков". Собственно многоразовой является только его вместительная кабина, самая дорогостоящая часть корабля. А агрегатный отсек перед посадкой отделяется и сгорает в атмосфере.
Корабль будет крепиться сверху ракеты-носителя и не будет закрыт обтекателями. При необходимости, в любой момент полета может произойти аварийный отстрел кабины для спасения членов экипажа. Корабль оснащен лучшей точностью посадки и его можно будет сажать не в Казахстане, а на территории России.
Однако это была не единственная сенсация второй половины февраля.

Параллельно с президентом неожиданную новость сообщил генеральный директор Росавиакосмоса Юрий Коптев. В ракетно-космической корпорации «Энергия» разрабатывается принципиально новый пилотируемый космический корабль!

Заместитель генерального конструктора РКК «Энергия» по проектным вопросам Николай Брюханов предоставил дополнительную информацию по проекту. Он сообщил следующее.

Проектные проработки многоразового пилотируемого корабля, который получил название «Клипер», были начаты в инициативном порядке еще в 2000 году.

Чуда, правда, не случилось, и конструкторы признали, что к настоящему времени у них имеются только технические предложения по данному проекту (тема «Клипер»), а основные затраты еще впереди.

Рождение проекта

Баллистические капсулы из-за нулевого гиперзвукового качества имеют серьезный недостаток - большие размеры района посадки. Точность приземления вдоль трассы полета составляла плюс/минус 125 км при боковом разбросе плюс/минус 15 км. Повысить точность приземления можно было за счет программного управления подъемной силой, действующей на корпус капсулы на участке спуска в атмосфере. Но для возникновения этой подъемной силы капсула должна иметь положительное гиперзвуковое аэродинамическое качество, поэтому логическим развитием баллистических капсул стали проработки спускаемых аппаратов, выполненных по схеме "несущий корпус".

В результате научно-исследовательских работ в первой половине 1990-х годов ведущим аэродинамиком РКК "Энергия" А.Г.Решетиным была предложена новая конфигурация спускаемого аппарата с гиперзвуковым аэродинамическим качеством, равным единице. Это позволяло космическому аппарату массой до 15 т осуществлять на этапе спуска боковой маневр до плюс/минус 1000 км от трассы полета и снизить размеры района посадки до 5х5 км. Благодаря вытянутой несимметричной форме предложенный спускаемый аппарат, выполненный по схеме "несущий корпус", является промежуточным вариантом между крылатым "Бураном" (аэродинамическое качество на гиперзвуке 1.3, на дозвуке -5.6) и почти баллистической капсулой "Союза" (аэродинамическое качество около 0,3).

Возвращаемая маневрирующая капсула (ВМК): 1 - верхняя биконическая поверхность; 2 - нижняя поверхность, закрытая донным экраном, выполненная в виде сферического сегмента; 3 - носовая часть; 4 - секции кормового балансировочного щитка

На новую конфигурацию спускаемого аппарата группой разработчиков (В.А.Болотин, В.Е.Миненко, А.Г.Решетин, А.П.Скотников, А.Н.Щукин) 5 августа 1994 г. была подана патентная заявка на изобретение "Космический аппарат для спуска в атмосфере планеты и способ спуска космического аппарата в атмосфере планеты" за номером 2083448/RU. Отличительной чертой аппарата (см. рисунок) является биконический несущий теплоизолированный корпус с затупленной носовой частью, выполненный в виде соединенных верхней и нижней частей с различным профилированием поверхностей. Нижняя, обращенная к потоку поверхность, закрывается донным экраном и снабжена кормовым щитком, который совместно с нижней поверхностью (и донным экраном) выполнен в виде элементов сферического сегмента. Щиток состоит из двух независимых секций, что позволяет управлять аппаратом при спуске в атмосфере по каналам тангажа (при совместном отклонении секций) и крена (за счет их раздельного отклонения). Приземлялся аппарат на "брюхо" с использованием парашюта.

По аналогии с ВБК на основании предложенной конфигурации спускаемого аппарата, получившего название "возвращаемая маневрирующая капсула" (ВМК), планировалось создать семейство космических кораблей под РН "Циклон", "Союз" и "Протон".

Вариант возвращаемой маневрирующей капсулы в размерности под РН "Циклон", для которой был выпущен аванпроект и выполнено эскизное проектирование, получил собственное имя "Зарница". На ее основе был разработан транспортный исследовательский аппарат (ТИА), предназначавшийся для беспилотных полетов. Остальные корабли проектировались уже для пилотируемых полетов, причем не исключено, что шифром "Зарница" обозначался весь класс предложенных ВМК. Отметим для себя на будущее немаловажную деталь - изначально предполагалось, что все космические аппараты, помимо ВМК, имеют также в своем составе одноразовый приборно-агрегатный отсек: это пригодится при дальнейшем рассмотрении вариантов компоновки "Клипера".

Транспортный пилотируемый космический аппарат (рисунок из статьи Барта Хендрикса): 1 - возвращаемая маневрирующая капсула; 2 - стыковочный отсек; 3 - стыковочный узел; 4 - приборно-агрегатный отсек.

Дальнейшие исследования варианта для использования под РН "Зенит" позволили выработать концепцию транспортного пилотируемого космического аппарата (ТПКА), в составе которого находилась пилотируемая возвращаемая маневрирующая капсула, стыковочный отсек и приборно-агрегатный отсек (ПАО).
ВМК представляла собой аппарат, выполненный по биконической схеме "несущий корпус". Общая длина капсулы - 6200 мм, максимальный диаметр по корпусу - 2800 мм. В штатном варианте экипаж состоял из 3 человек, в аварийно-спасательном - до 7 космонавтов.
Система посадки - парашютно-реактивная, система амортизации могла использовать сотовые панели или надувное посадочное устройство с использованием эффекта воздушной подушки.
Капсула оснащалась люком-лазом для перехода в стыковочный отсек, в котором имелся один выдвижной (по аналогии состыковочным модулем "Бурана") андрогинный периферийный агрегат стыковки (АПАС). Как и на "Буране", АПАС располагался перпендикулярно продольной оси и перед стыковкой выдвигался (по неподтвержденным данным, на 2000 мм) в рабочее положение за внешние контуры ТПКА. Существовал и другой вариант компоновки АПАСа, заимствованный с переходных отсеков долговременных орбитальный станций "Салют"/"Мир". Негерметичный приборный отсек был похож на аналогичный у "Союза", но его масса была в несколько раз меньше. Внутри агрегатного отсека устанавливались традиционные "союзовские" баки "О" и "Г", корректирующая двигательная установка (КДУ), двигатели причаливания и ориентации (ДПО), химические источники питания (ХИП) и баки компонентов дозаправки, а на внешней поверхности располагались антенно-фидерные устройства (АФУ), радиаторы системы обеспечения теплового режима (СОТР), инфра-красная вертикаль (ИКВ), ориентируемые углепластиковые солнечные батареи с фото-электрическими преобразователями из аморфного кремния.
Капсула имела изменяемое с помощью балансировочного щитка (горизонтального донного "оперения") аэродинамическое качество в диапазоне от 0 до 1.2 при скорости М<6 и углах атаки от 0º до +40º. Максимальное качество капсулы достигалось при угле атаки 25º. Благодаря повышенному аэродинамическому качеству капсула значительно превосходила спускаемый аппарат "Союза" по маневренным характеристикам: управляемая дальность в плоскости орбиты составляла до 5000 км, максимальный боковой маневр - 1500 км. Расчетная точность посадки плюс/минус 200 метров, что позволяло эксплуатировать аппарат при двух штатных посадочных полигонах. Предполагалось также иметь 3 запасные (они же аварийные) посадочные площадки. Капсула была рассчитана на 20-ти кратное использование, другие элементы остались одноразовыми.
После прекращения работ по маневренным капсулам в 1995 г. остался проектный задел, который и был использован при разработке предложений по "Клиперу".

На начальном этапе научно-исследовательских работ по новому кораблю (с 2000 г.) были проанализированы все отечественные и зарубежные проекты космических кораблей с возвращаемыми аппаратами (ВА) трех основных типов, принципиально отличающихся аэродинамической формой и способом посадки:

1. осесимметричные спускаемые аппараты типа "фара" с вертикальной (парашютной) посадкой;

2. аппараты "несущий корпус" с вертикальной (парашютной) посадкой;

3. крылатые аппараты с высоким аэродинамическим качеством с горизонтальной (самолетной) посадкой.

Сравнив технико-эксплуатационные оценки кораблей данных типов, проектанты РКК "Энергия" пришли к выводу, что аппарат "несущий корпус" наиболее предпочтителен для дальнейшей разработки в качестве перспективного космического корабля.
На основании этих проработок в начале 2002 г. были начаты научно-исследовательские работы по кораблю с возвращаемым аппаратом конструктивной формы "несущий корпус". Данные работы проводились по следующим основным направлениям:

• разработка основных требований к кораблю и определение состава бортовых систем;
• определение конструктивно-компоновочной схемы корабля;
• исследование аэродинамических характеристик возвращаемого аппарата и отделяемого головного блока при работе САС;
• исследование устойчивости и управляемости возвращаемого аппарата, определение состава и характеристик аэродинамических и реактивных исполнительных органов управления возвращаемым аппаратом на участке спуска;
• баллистический анализ траекторий спуска ВА, в т.ч. при работе САС;
• определение характеристик теплообмена возвращаемого аппарата на участке спуска и выбор теплозащитного покрытия;
• исследование концепции построения комплекса средств посадки, анализ и выбор таких средств;
• оценка технико-эксплуатационных характеристик и технологического обеспечения изготовления корабля на Заводе экспериментального машиностроения (ЗЭМ), входящем в состав РКК "Энергия".

Модель корпуса "Клипера", использовавшаяся в период 2002-2003 гг. для аэродинамических исследований.

Исследование и анализ аэродинамических характеристик возвращаемого аппарата, его устойчивости и управляемости на атмосферном участке полета проводились в два этапа в 2002-2003 гг. в ЦАГИ. Продувочные испытания масштабной модели возвращаемого аппарата были выполнены в 2003 г. в аэродинамической трубе в ЦНИИмаш.

Исследования и проектные оценки вариантов построения парашютных систем для возвращаемого аппарата типа "несущий корпус" проводились в 2003 г. в НИИ парашютостроения. Результаты этих исследований были представлены в соответствующих научно-технических отчетах.
Именно на этом этапе, не смотря на завесу секретности, в средствах массовой информации (в первую очередь в интернете) стала появляться первая информация о разработке нового корабля.

Интересно, что в 1996 году была проведена большая серия продувок в аэродинамических трубах на гиперзвуковых скоростях масштабных моделей орбитального самолета Многоцелевой авиационно-космической системы (МАКС), в ходе которых исследовались различные конфигурации фюзеляжа аппарата при различном положении подвижных консолей крыла. В результате этих и других исследований в 2000 г. появилась окончательная конфигурация МАКСа с фиксированными консолями крыла, но занятно другое - использовавшиеся в аэродинамических исследованиях модели фюзеляжа орбитального самолета МАКСа очень сильно напоминают представленную позднее модель корпуса "Клипера".

До 2003 г. работы по "Клиперу" велись полностью в инициативном порядке, и хроническое недофинансирование космической отрасли не оставляло надежд на реализацию проекта, но в 2003 г. ситуацию удалось переломить, заинтересовав новым кораблем Росавиакосмос. К этому моменту проектанты, определившись с формой корабля, вплотную занялись его внутренней компоновкой. Этот этап является одним из самых сложных и, пожалуй, самым интересным. В процессе работ стало ясно, что "завязать" полностью многоразовый корабль в выбранных габаритах и массе не получается. Чтобы не повторять ситуацию, возникшую при проектировании западноевропейского многоразового космического корабля "Гермес", когда неуклонный рост массы корабля в процессе проектирования в конечном итоге погубил проект, конструкторы "Клипера" сразу решили компоновать корабль из двух функциональных отсеков - многоразового возвращаемого аппарата и одноразового служебно-агрегатного отсека, сбрасываемого после отработки тормозного импульса для схода с орбиты (вспомним, что все космические аппараты с ВМК также имели в своем составе одноразовые приборно-агрегатные отсеки). Такая идеология занимает промежуточное место между полностью многоразовым "Бураном" и одноразовым "Союзом", сбрасывающим перед тормозным импульсом бытовой, а затем перед входом в атмосферу и служебно-агрегатный отсеки.

Рассматривалось два варианта расположения негерметичного служебно-агрегатного отсека - впереди и сзади возвращаемого аппарата. Местоположение служебно-агрегатного отсека имеет принципиальное значение, так как от этого зависит не только внешняя, но и внутренняя компоновка возвращаемого аппарата.

Поиск по сайту: