Аэродинамическое качество на дозвуковых скоростях 6,1, на гиперзвуковых - 1,74. Удельная нагрузка на несущую поверхность 312-372 кг/м2. Его посадочная скорость 300-330 км/ч, как у современного истребителя. Максимальный скоростной напор при спуске до двух тонн на м2 миделя. Расчетная длина пробега орбитального корабля по посадочной полосе при посадке 1100-2000 м.
Построенная для "Бурана" на Байконуре посадочная полоса длиной 4,5 км и шириной 84 м имеет высокое качество покрытия. Аэродром оснащен современными радиосистемами, обеспечивающими всепогодную посадку, включая автоматическую. Кроме основного аэродрома предполагалось ввести в строй два запасных - на западе, в Симферополе, и на востоке страны, в Хороле близ Уссурийска Приморского края. Взлетно-посадочная полоса высшего класса на космодроме Байконур могла бы быть использована в качестве посадочной полосы для полетов орбитальных кораблей "Спейс Шаттл", "Гермес" и других разработок космических держав. Могли быть использованы и резервные аэродромы Симферополя и Хороля. Одна из важных особенностей - "Буран" может осуществлять спуск с боковым маневром, то есть с отклонением "влево-вправо" до 2000 км. Эти аэродинамические качества корабля, в частности, позволяют при нештатных ситуациях осуществлять экстренные спуск и посадку на запасные аэродромы. Максимальная продольная дальность при спуске около 15 тыс. км.
При начальной массе орбитального корабля на орбите (после его отделения от блока Ц) около 105 т, "Буран" позволяет доставлять на орбиту до 30 т полезного груза. Особое качество "Бурана" - он может возвращать с орбиты на Землю до 20 т. Посадочная масса "пустого" орбитального корабля 82 т. Для размещения груза на корабле предусмотрен большой грузовой отсек, его диаметр 4,7 м, длина 18,3 м, общий объем около 350 м3. В таком отсеке мог быть размещен, например, базовый блок станции "Мир" или модуль "Квант", при этом отсек позволяет не только размещать полезные грузы и аппараты, но и обслуживать их перед выгрузкой и контролировать работу бортовых систем вплоть до момента отделения от "Бурана". Общая длина "Бурана" 36,4 м, высота на стоянке 16,5 м, диаметр окружности, описываемой вокруг поперечного контура фюзеляжа, 5,6 м, размах крыла 24 м. База шасси 13 м, колея 7 м.
При планируемой численности экипажа (2-4 человека) корабль может принять на борт еще 6-8 дополнительных членов экипажа для проведения различных работ на орбите, то есть можно назвать "Буран" десятиместной машиной. Длительность полета в каждом конкретном случае определяется программой, на первом этапе эксплуатации она планировалась не более 7 суток, максимальное же время может быть до 30 суток. Хорошие маневренные возможности "Бурана" на орбите прежде всего обеспечиваются значительным топливным запасом до 14 т, номинальный запас до 7,5 т. Увеличить запас топлива можно, установив в грузовом отсеке дополнительные топливные емкости. Одной из наиболее сложных систем "Бурана" является его объединенная двигательная установка, в состав которой входят 48 двигателей трех размерностей по тяге. Два двигателя орбитального маневрирования тягой по 8,8 т для довыведения корабля на орбиту, 38 двигателей реактивного управления движением относительно центра масс с тягой каждого 390 кг и еще 8 (для прецизионных перемещений) - с тягой по 20 кг. Все двигатели из единых баков питаются жидким кислородом и углеводородным горючим "циклином". Двигатели орбитального маневрирования расположены в хвостовом отсеке, двигатели управления - в блоках хвостового и носового отсеков. Ранее в проектах предусматривались еще два воздушно-реактивных двигателя типа АЛ-31 тягой по 8 т для обеспечения полета в режиме посадки с глубоким боковым маневром. Позднее эти двигатели были исключены и в первом полете не участвовали.
С помощью двигателей "Бурана" выполняются такие основные операции: стабилизация связки "Энергия" - "Буран" перед разделением с блоком Ц, отделение и увод "Бурана", довыведение его на начальную орбиту, формирование рабочей орбиты, ее коррекция, межорбитальные переходы, ориентация и стабилизация, сближение и стыковка с другими космическими аппаратами, торможение и спуск с орбиты, управление положением корабля относительно центра масс в орбитальном полете и при спуске в атмосфере.
Электронный мозг корабля управляет движением "Бурана" на всех участках полета, обеспечивает навигацию и управление работой бортовых систем. На участке довыведения обеспечивает выход на опорную орбиту. На этапе орбитального полета - коррекцию орбиты, межорбитальные переходы, сход с орбиты и погружение в атмосферу на минимально возможную высоту с последующим возвращением на опорную орбиту, ориентацию, программные развороты, сближение и причаливание к сотрудничающему объекту, зависание, закрутку вокруг какой-либо из осей. На спуске и посадке - сход с орбиты, полет в атмосфере с необходимым боковым маневром, приведение на аэродром и посадка на полосу. Основа системы управления - быстродействующий вычислительный комплекс в составе четырех заменяющих друг друга компьютеров. Комплекс способен быстро решать все задачи в пределах его функций и, прежде всего, увязывать баллистические параметры с программой полета. Система автоматического управления "Бурана" столь совершенна, что экипаж в будущих полетах рассматривается как звено, дублирующее автоматику.
Инерциальная система навигации, в основе которой - гиростабилизированная платформа, получает исходную информацию о положении и параметрах движения центра и относительно центра масс орбитального корабля в различных системах координат на всех этапах полета от звездных датчиков, от построителей инфракрасной вертикали и ионных датчиков, определяющих положения корабля относительно Земли, а также от системы спутниковой навигаций. При сближении с сотрудничающим объектом работают системы, выдающие информацию об относительном положении объектов. При движении в атмосфере поступает дополнительно информация о воздушно-скоростных параметрах. На помощь управляющей системе могут привлекаться Центр управления полетом, сеть наземных измерительных пунктов, спутники-ретрансляторы "Луч", размещенные на геостационарной орбите, суда Академии наук в разных районах Атлантического и Тихого океанов. На заключительном участке спуска и посадки в действие может включиться командно-диспетчерский пункт, расположенный вблизи посадочной полосы.
Бортовая оконечная аппаратура осуществляет дешифровку, усиление, преобразование и доведение команд управления от вычислительного центра или органов ручного управления до систем или непосредственно исполнительных органов.
В ручной контур системы управления, обеспечивающий участие экипажа в пилотировании орбитального корабля, включены системы индикации параметров полета и характеристик функционирования комплекса бортовых систем корабля и визуализации инструктивно-справочной информации.
Точность определения собственных координат в автономном режиме от 0,5 до 1 км, с использованием спутниковых систем навигации - в пределах 300 м. Ориентация корабля осуществляется с точностью до 10 угловых минут. Начальная дальность обнаружения цели при сближении с ней при наличии целеуказаний с Земли и на кооперируемый объект до 400 км, при отсутствии целеуказаний - до 20 км.
Корпус корабля (фюзеляж) условно делится на три отсека носовой, средний - отсек полезного груза - и хвостовой. Носовая часть фюзеляжа представляет собой аэродинамическую оболочку, конструктивно состоящую из носового кока, двигательного отсека и отсека герметичной кабины. Кабина цельносварной конструкции, внутреннее пространство которой разделено полами, образующими палубы. В сочетании со шпангоутами палубы обеспечивают кабинному модулю необходимую прочность. В передней верхней части кабины установлены крупногабаритные блоки остекления - иллюминаторы - для обеспечения обзора экипажу. Задняя стенка имеет шлюзовое устройство для выхода космонавтов в грузовой отсек. На левом борту кабины люк для входа и выхода экипажа на старте и после посадки. Кабина экипажа в носовой части крепится с помощью узлов, минимально передающих нагрузки от внешней силовой оболочки. Монтаж и демонтаж кабины производится через технологический разъем в верхней части "носа" фюзеляжа. Кабина имеет три части: командный отсек, в котором размещены основной экипаж пилотов и их рабочие места орбитальной и пилотажной зон; бытовой отсек, где размещается дополнительный экипаж, система обеспечения жизнедеятельности, спальные места, средства личной гигиены, скафандры, пять отсеков с аппаратурой системы управления, радиотехнического и телеметрического комплексов, элементами системы терморегулирования; агрегатный отсек, в котором размещены агрегаты систем жизнеобеспечения и терморегулирования.
Средняя часть фюзеляжа - наиболее нагруженная часть планера. Особенность ее конструкции заключается в наличии в верхней части большого, практически по всей длине, выреза-люка. С внутренней стороны каждой створки крепятся подвижная и неподвижная панели радиационного теплообменника системы терморегулирования. Отсек полезного груза негерметичен. Нижняя часть представляет собой силовую конструкцию центральной части крыла, к которой крепятся левая и правая консоли крыла. В передней нижней части образована ниша передней стойки шасси, которая снизу закрывается створкой. В отсеке полезного груза размещаются космические аппараты и научно-исследовательская аппаратура, бортовой комплекс обслуживания полезного груза - системы бортовых манипуляторов, связей механического крепления и установки груза, и могут устанавливаться в соответствии с программой полета стыковочный модуль, дополнительные блоки хранения водорода системы энергопитания и топлива для объединенной двигательной установки. В этом отсеке также размещены антенны радиотехнической системы сближения, одна из двух остронаправленных антенн комплексной радиосистемы. Отсек зашит снизу обшивкой с экранно-вакуумной изоляцией. Под обшивкой отсека размещены агрегаты системы электропитания, четыре блока хранения криогенных компонентов (кислорода и водорода) системы энергопитания, агрегаты систем терморегулирования и жизнеобеспечения.
Хвостовая часть фюзеляжа конструктивно увязывает в единое целое основные агрегаты планера орбитального корабля: вертикальное оперение, балансировочный щиток. В хвостовой части крепятся блоки объединенной двигательной установки, вспомогательная силовая установка, агрегаты гидрокомплекса, приборный контейнер, вторая остронаправленная антенна. В нижней части вертикального оперения установлен контейнер с тормозной парашютной системой. Руль направления расчленен конструктивно по плоскости симметрии на две части, при отклонении которых синхронно в противоположные стороны руль выполняет функции воздушного тормоза.
Подвеска орбитального корабля к блоку Ц осуществляется при помощи трех узлов крепления, размещенных на нижней поверхности фюзеляжа: два из них - в хвостовой части, один - в передней части грузового отсека. Конструкция узлов крепления обеспечивает синхронную расстыковку корабля и центрального блока ракеты с помощью пиротехнических устройств. Ниши узлов после разрыва связей автоматически закрываются крышками люков.
Крыло состоит из двух консолей. Для размещения основного шасси в каждой консоли имеется ниша с люком и створками, на заднем лонжероне консоли закреплен элевон, состоящий из двух секций сотовой конструкции. Крыло, вертикальное оперение и фюзеляж образуют планер орбитального корабля. В состав планера входят также система посадочных устройств, шасси, гидрокомплекс со вспомогательной силовой установкой, встроенные средства автоматики, внутренней логики, контроля и диагностики.
Конструкция планера выполнена в основном из освоенных отечественной промышленностью высокопрочных сталей и алюминиевых и титановых сплавов с широким применением композиционных материалов на полимерной и металлической матрицах, сотовых конструкций с алюминиевой, стальной и титановой основами, применяются алюминиево-берилиевые материалы.
При входе в плотные слои атмосферы орбитальный корабль тормозится. При торможении корабля, как и любой головной части боевой ракеты, гасится та энергия, которая была сообщена кораблю при разгоне его до космической скорости. При этом на поверхности торможения корабля выделяется большое количество тепла. Максимальная температура на носке фюзеляжа и передней кромке крыла достигает 1500-1600 °С. На наветренной поверхности фюзеляжа - до 1300 °С, на подветренной - до 700 °С. Максимально допустимая для конструкции планера температура не может превышать 160 °С.
Подходящих для летательных аппаратов конструкционных материалов, не теряющих работоспособность при более высоких температурах, пока нет. В этой связи для поддержания теплового состояния конструкции планера в расчетном интервале температур на всех участках полета его поверхность защищена теплозащитным покрытием. Диапазон температур, действующих на конструкции, значительно расширяется в сторону ее охлаждения в условиях орбитального полета до -130 °С. Таким образом, теплозащитное покрытие многофункционально и потребовало разработки принципиально новых материалов с особыми прочностными и теплофизическими свойствами. Они должны были обеспечить надежность аппарата на всех этапах полета. Главными свойствами этого покрытия должны были стать: возможность многократного использования с минимальным ремонтом и легкость, не нарушающая весовую значимость пассивного элемента конструкции.
На "Буране" от теплового воздействия при спуске в атмосфере приходится защищать более тысячи квадратных метров поверхности - это почти в сто раз больше, чем на спускаемом аппарате всем хорошо известного корабля "Союз". Если попытаться перенести на "Буран" технические решения, принятые для "Союза", то нужны будут теплозащитные покрытия массой около 45 т - почти половины всей массы корабля.
При всех названных требованиях теплозащита должна была иметь еще и высокую прочность, чтобы противостоять статическим и особенно динамическим виброакустическим нагрузкам на этапах активного выведения на орбиту и торможения. Кроме того, при многократном применении она не должна была допустить каких-либо заметных изменений свойств и размеров.
На различных участках поверхности планера устанавливается теплозащита различных типов, соответствующая тепловой нагрузке в этой зоне. Наиболее теплонапряженные участки поверхности планера - носок фюзеляжа и передние кромки крыла и вертикального оперения - выполняются из жаростойкого конструкционного материала "углерод-углерод". Носок фюзеляжа, например, представляет собой изготовленный из имеющего внутреннюю теплоизоляцию "углерод-углерода" кок, который присоединяется к фюзеляжу с помощью ниобиевых стержней. Основу тепловой защиты остальной поверхности корабля составляет плитка размером 150х150 и 200х200 мм толщиной до 70 мм, разработанное теплозащитное покрытие состоит из супертонкого чистого кварцевого волокна. Каждая такая плитка защищена эрозионностойким покрытием. "Черное" покрытие обеспечивает устойчивость плиточной защиты в потоке плазмы, переизлучает тепловую энергию в окружающее пространство. "Белое" уменьшает нагрев корабля солнечными лучами за счет регламентированного соотношения приданных им оптических характеристик. В межполетный период покрытия предохраняют плитки от механических повреждений, загрязнения и воздействия влаги.
Для восстановления рабочих характеристик плитки разработаны также ремонтные покрытия. Их применение позволяет отказаться от демонтажа плиток с корабля и проведения полного цикла их изготовления.
Крепление плитки к металлической обшивке корабля осуществляется специально разработанным кремний-органическим клеем. Уникальность и сложность его создания заключается в том, что при минимальном расходе (весе) клея требовалось надежно соединить плитку с металлом через столь же пористую фетровую прокладку. Вторая проблема - сохранение прочности при температурах до 300 °С, третья - эластичность клея при минус 150 °С. И еще - приклеивание теплозащиты к поверхности корабля необходимо было выполнить при обычной температуре.
Важнейшей проблемой стала разработка технологии нанесения покрытий, строго сохраняющих аэродинамические формы корабля. Достаточно сказать, что на его поверхности находится около 38 тысяч плиток, изготовленных по специально разработанным индивидуальным программам с учетом конфигурации конкретного места каждой плитки на корпусе. При установке плиток строго выдерживались зазоры, а выступы плиток над поверхностью не должны были превышать долей миллиметра. Общая масса теплозащиты "Бурана" составляет около 9 т. Прочность покрытий сохраняется и после многократного прохождения корабля через плотные слои атмосферы. При отработке теплозащитного покрытия производились запуски на суборбитальную траекторию специальной модели корабля, названной "Бор".
Система посадочных устройств включает в себя шасси с опорами и тормозными колесами, механизм выпуска и уборки шасси, тормозной парашют, предназначенный для гашения скорости пробега при посадке. Шасси выполнено по трехколесной схеме с передней носовой стойкой. Передняя стойка позволяет осуществлять поворот колеса по направлению, что расширяет возможность маневрирования при движении по посадочно-взлетной полосе. Для самостоятельных полетов при горизонтальных летных испытаниях и автономного перебазирования корабля предусматривается замена передней стойки шасси на специальную, удлиненную, обеспечивающую кораблю при взлете положительный угол атаки около 4°.
Гидрокомплекс приводит в действие органы аэродинамического управления, механизмов выпуска шасси, тормозов колес, механизма разворота передней стойки шасси. Управление всеми приводами электродистанционное. Выпуск шасси в аварийном режиме может быть осуществлен дублирующей пиротехнической системой. Вспомогательная газотурбинная силовая установка приводит в действие приводы основных гидронасосов гидросистемы и состоит из трех энергоблоков. Топливом для этой системы служит гидразин, продукты каталитического разложения которого в газогенераторе являются рабочим телом турбины.
При входе в атмосферу и посадке корабля бортовая система наддувает негерметичные отсеки планера. При выведении корабля на орбиту давление из негерметичных отсеков сбрасывается этой же системой.
Не менее важной системой орбитального корабля является радиотехнический комплекс (связь, телевидение, телеметрия, радиоконтроль орбиты, передача научной информации), обладающий возможностью обмена с Центром всеми видами информации. Система бортовых измерений собирает, преобразует, запоминает, хранит и распределяет для передачи информацию. Адаптивная телеметрическая система осуществляет сбор информации по 25 программам и контролирует до 3 тысяч параметров.
Среди более 50 различных бортовых систем корабля имеются: система обеспечения теплового режима; система и средства обеспечения жизнедеятельности, к которым относятся средства обеспечения газового состава атмосферы, шлюзования и выхода в космос, скафандры, системы индивидуальной защиты при пожаре и изменении состава атмосферы, водоснабжения, питания и санитарных устройств; система электроснабжения на основе кислородно-водородных электрохимических генераторов, с мощностью вырабатываемой бортовыми источниками электроэнергии, 18 кВт, с аварийным запасом в 300 кВт/ч аккумуляторных источников тока.
Стыковочный модуль корабля состоит из шлюзовой камеры, фермы для крепления модуля, агрегата стыковки. В рабочем отсеке шлюзовой камеры могут одновременно находиться два космонавта, в выдвинутом тоннеле камеры - один. Бортовой комплекс обслуживания полезного груза включает в себя систему бортовых манипуляторов, средства связи и крепления полезного груза.
Атмосферный участок спуска и посадки орбитального корабля в штатном случае начинается с высоты порядка 100 км и заканчивается его остановкой на посадочной полосе аэродрома. Основное аэродинамическое торможение корабля происходит на высоте от 100 до 20 км. Задачей спуска от 100 до 20 км является выход орбитального корабля в заданную точку начала предпосадочного маневра с одновременным соблюдением ограничения перегрузок и аэродинамического нагрева. Орбитальный корабль при спуске с орбиты примерно на 20 минут прекращает радиосвязь с Землей, так как он летит в облаке плазмы и выходит из нее на высоте 40 км и на расстоянии порядка 400 км от посадочной полосы. На высоте 40-20 км орбитальный корабль выводится в зону приема сигналов радиокоррекции. На участке приведения к аэродрому с высоты 20 км осуществляется компенсация ошибок, накопленных до получения сигналов радиокоррекции. После этого корабль приводится на траекторию предпосадочного планирования с минимальными отклонениями по продольной и боковой дальности, углу курса и углу наклона траектории. Заход на посадку производится на высоте 6000-500 м, первое выравнивание происходит на высоте 500-200 м, полет по пологой глиссаде 200-25 м, второе выравнивание на высоте 25 м.
Корабль "Буран", возвращаясь с орбиты, снижается и выполняет посадку без использования тяги двигателей. В авиации подобный способ раньше широко использовался и когда-то даже был основным - самолеты планировали с полностью задросселированными двигателями. Но посадка без двигателя в современной авиации по-прежнему рассматривается как помощь для благополучного завершения полета при отказе силовой установки.
"Буран" обладает существенно меньшим аэродинамическим качеством чем самолет, и снижается по крутой траектории с углом около 20° при вертикальной скорости 50-60 м/с. Поэтому посадка его еще более сложная.
Основным средством отработки и подтверждения практической возможности автоматической посадки был аналог, дооборудованный четырьмя самолетными реактивными двигателями. По системе управления аналог полностью соответствует кораблю "Буран". В первых полетах аналог "Бурана" планировал по обычной для самолетов пологой глиссаде с использованием тяги двигателей. После этого перешли к посадкам без двигателя с заходом по крутой глиссаде при ручном управлении. Конечно, полностью автоматическая посадка аналога была выполнена не сразу. Вначале проверили автоматику на крутом планировании, затем вплоть до окончания выравнивания с последующим приземлением с ручным управлением. Еще одну посадку выполнили, отключив автомат сразу после касания колесами полосы. И уже после этого была выполнена посадка в автоматическом режиме до полной остановки. Таких полетов было шестнадцать.
Летчики-испытатели, отобранные в группу подготовки, совершили сотни предварительных полетов при облачной погоде на самолетах-истребителях, на самолетах-лабораториях.
Орбитальный корабль предназначается для использования при выведении на низкую околоземную орбиту автоматических космических объектов научного, хозяйственного и военного назначения; космических буксиров для межорбитальной транспортировки; обслуживания, транспортировки и возвращения на Землю различных космических аппаратов; спасения экипажей в космосе.
