Доклад на II-х Уткинских чтениях
(Санкт-Петербург, БГТУ им. Д.Ф.Устинова)
14-15 апреля 2005

История создания отечественных Беспилотных Орбитальных Ракетопланов

4 октября 1957г. впервые в мире брошенное с Земли тело не упало сразу на Землю, а стало её спутником. За первым искусственным спутником Земли последовали второй, третий… И вскоре, 12 апреля 1961г., полётом Ю.А.Гагарина наша страна открыла новую эру - эру пилотируемого освоения космоса. Это был очередной триумф человечества, за которым последовали всё новые и новые достижения.

В те годы полёт в космос "верхом" на ракете и тем более возвращение с орбиты в капсуле по баллистической траектории были далеко не очевидны. Были и другие способы достижения этих результатов, более понятные обычному человеку, например: с опорой на крылья. Известные работы К.Э.Циолковского, М.Валье, литературные изыски писателей-фантастов, проекты космических самолётов Ф.А.Цандера, Э.Зенгера и других являются тому подтверждением.

Ещё задолго до первого спутника в СССР начались исследования гиперзвуковой аэродинамики, в том числе и крылатых летательных аппаратов (КЛА). И Гагарин мог полететь в космос и вернуться на Землю не обязательно в капсуле космического корабля, а в кабине и на крыльях орбитального самолёта. Им мог стать - ПКА (Пилотируемый Космический Аппарат) ОКБ-256 П.В. Цыбина, либо один из воздушно-космических аппаратов ОКБ-23 В.М.Мясищева: ВКА, М-48 или ВКА-23. Все они разрабатывались в период 1957-60гг. по просьбе С.П. Королёва.
Но сжатые сроки и неотработанность данных критических технологий не позволили первопроходцам космоса сделать это тогда. Да и полёты американских многоразовых космических кораблей типа Space Shuttle, тем более в свете последних катастроф, не дают однозначного положительного ответа в пользу КЛА и по сей день.
Тем не менее положительные факторы использования подобных аппаратов столь очевидны, что ни тогда, ни сейчас исследования и работы в этой области не были за-брошены, как в нашей стране, так и за рубежом.

Наиболее крупномасштабной исследовательской программой в этом направлении в нашей стране стали - БОРы: Беспилотные Орбитальные Ракетопланы.
Предисторией создания БОРов стало начало разработки по решению МАП в конце 1964г. в ОКБ-155 А.И.Микояна аэрокосмической системы (АКС) "Спираль". Основной целью программы было создание пилотируемого орбитального самолёта (ОС) для выполнения прикладных задач в космосе и обеспечения регулярных перевозок по маршруту Земля-орбита-Земля грузов весом 0,7-2т.
29 июня 1966г., назначенный гл. конструктором системы Г.Е. Лозино-Лозинский подписал подготовленный аванпроект АКС. Тогда же, в 1966г., к теме подключился ЦАГИ, где широко велись исследования аэродинамики гиперзвуковых скоростей.
Бесчисленные испытания, начиная с лабораторных исследований, продувок моделей в аэродинамических трубах и кончая их стендовыми отработками применительно к разным режимам и этапам полета, позволили с высокой степенью достоверности определить аэродинамические характеристики планера будущего ОС.

В соответствии с проектом ОС выполнен по аэродинамической схеме типа "несущий корпус" треугольной формы в плане, длиной 8 м. Управление ОС весом 10т на орбите должно было осуществляться реактивными двигателями малой тяги, а в плотных слоях атмосферы - элевонами, рулём направления и балансировочным щитком. ОС имел консоли крыла стреловидностью 50⁰ и носки малого радиуса. Крылья при выведении и в начальной фазе спуска с орбиты подняты до 45⁰ от вертикали, чем исключалось их прямое обтекание тепловым потоком при прохождении участка плазмообразования. При планировании же они поворачивались до 95⁰ от вертикали и размах крыла увеличивался до 7,4м, а аэродинамическое качество возрастало до 4-х, что учётом тяги вспомогательного ТРД обеспечивало манёвр по дальности и азимуту 2000км.

С целью уточнения результатов "трубных исследований", характеристик устойчивости и управляемости ОС на различных участках полета и изучения свойств новых материалов теплозащиты (ТЗП) перед учёными и проектировщиками встала задача проведения летно-натурного эксперимента в диапазоне скоростей V=0,3...7,8 км/с. В результате чего ЦАГИ и ОКБ А.И.Микояна совместно с Лётно-исследовательским институтом (ЛИИ), осуществили ракетные пуски моделей будущего ОС по баллистической траектории.
Разработка этого исследовательского экспериментального комплекса началась в ЛИИ параллельно с разработкой АКС "Спираль" - в середине 60-х гг. Благодаря имеющемуся заделу и с учётом расчётов и конструктивных особенностей, предоставленных микояновцами по проектируемому ими ОС, в ЛИИ в течении 3-х лет был создан такой комплекс: Беспилотные Орбитальные Ракетопланы.

Первый аппарат этого комплекса БОР-1 был выполнен целиком из дерева в масштабе 1:3 ОС и имел длину 3м, а его масса составляла 800кг. 15 июля 1969г. БОР-1 был запущен РН "Космос-2" (11К65) по суборбитальной траектории на высоту 100км. При входе в атмосферу со скоростью 13000км/ч он естественно, сгорел. Но еще до начала обгара, на высоте 60-70км, радиотелеметрия донесла до Земли множество ценной информации, главным выводом которой была уверенность в самой возможности устойчивого управляемого спуска несущего корпуса выбранной формы.
Последующие аппараты были изготовлены уже из металла с "уносимым" ТЗП. Они были выполнены в масштабе 1:3 - БОР-2 и 1:2 - БОР-3. И запускались в космос по баллистической траектории тем же носителем 11К65. Первый запуск в космос БОР-2 состоялся 6 декабря 1969г.

В результате проведенных на БОРах-1, -2 и -3 исследований были впервые получены реальные данные о характеристиках аппарата данной аэродинамической компоновки на больших углах атаки, распределение температур на его поверхности, характеристики различных ТЗП и многое другое.
Тем не менее, несмотря на достигнутые результаты и строгое технико-экономическое обоснование проекта, руководство страны интерес к теме "Спираль" потеряло, бросив все силы на лунную гонку с американцами. В результате дальнейшее выполнение программы прекратили. Программа переориентировали на летные испытания аппаратов-аналогов без перспектив создания на их базе реальной системы.

В 1975г. в ЛИИ по инициативе и под руководством В.В.Уткина закончилась разработка эскизного проекта нового лётно-экспериментального комплекса (ЛЭК), включающего в себя - исследовательский ЛА БОР-4 и РН "Космос".
В 1977г. вышло постановление СМ СССР и ЦК КПСС о создании многоразовой космической системы (МКС) "Буран", позже, получившей название: универсальная ракетно-космическая транспортная система "Энергия"-"Буран".
Вначале создания новой МКС рассматривались две компоновки - "несущий корпус" и крылатая компоновка, как у американского Space Shuttle.
Для испытания в реальном космическом полёте будущего ОС "Буран" в непилотируемом режиме снова вспомнили о БОРах и работы по ним были перенацелены на проведение опережающих исследований в интересах этой системы.
Тем не менее в результате долгих споров и обсуждений, было принято решение об аэродинамической компоновке, подобной американскому "Шаттлу", далёкой от компоновки типа "несущий корпус". Таким образом встала необходимость создания нового ЛЭК. На это требовалось время и деньги. Однако, некоторые исследования можно было провести и с уже имеющимся комплексом. Так, например, исследование вопросов работоспособности элементов конструкции и ТЗП полного геометрического подобия всей модели не требует, необходимо лишь обеспечить уровень нагрева и продолжительность его воздействия близкие к натуральным и местную идентичность параметров обтекания исследуемых элементов. Поэтому для ускорения программы исследований будущего отечественного "челнока" и обеспечения полноты исследований в 1977г. было принято решение о создании в ЛИИ нового ЛЭК, состоящего из следующих двух крупномасштабных моделей:
1) Модели с несущим корпусом, выводимой на орбиту ИСЗ и предназначенной для исследования вопросов теплозащиты на траектории входа в атмосферу. Это уже практически спроектированный БОР-4; и
2) Геометрически подобной модели ОС "Буран", для исследования вопросов аэродинамики и теплообмена, получившей обозначение БОР-5.
БОР-4 представлял собой ЛА во многом похожий на БОР-3, т.е. типа "несущий корпус" с поворотными стреловидными крыльями. На верхней поверхности аппарата устанавливался тормозной ЖРД для схода с орбиты. В качестве органов управления при полёте в космосе и в атмосфере использовались 8 микро-ЖРД, расположенных на задней стенке ОС.
Для получения исходных данных для будущих орбитальных испытаний и определения основных характеристик аппарата, его систем, а также для проверки готовности всего ЛЭК БОР-4 на РН "Космос-3М" (K65M-РБ5) был запущен 12 декабря 1980г. с космодрома Капустин Яр в направлении озера Балхаш по баллистической траектории, без выхода ЛА в космос и витка вокруг Земли. Поскольку полёт был суборбитальным, то БОР не имел штатной ТЗП, и получил обозначение БОР-4С.
Были получены аэродинамические характеристики аппарата, в том числе балансировочные углы атаки на всех режимах полёта, проверены эффективность органов управления, данные по переходу ламинарного пограничного слоя в турбулентный и т. д. Обработка полученной информации, внесение изменений в конструкцию БОРа на её основе, и подготовка полноценного орбитального ракетоплана к полёту в космос затянулись на 1,5 года.
И вот наступил момент когда на обшивку ОС БОРа-4, предназначенного для полёта в космос, поверх панелей обычной "уносимой" теплозащиты первоначального проекта, оставленной в качестве аварийной, были наклеены первые образцы новой ТЗП.

БОР-4 при полёте на углах атаки около 45⁰ практически повторял условия обтекания нижней поверхности передней части ОК "Буран" на длине 4м. Сам же космический самолётик был небольшой: длиной менее 3м. И весил чуть более 1т. Двигатели, топливо, ЭВМ и системы автоматики и навигации, вот всё что удалось разместить в небольшом фюзеляже. Места для шасси уже не было. Чтобы при посадке не повредить испытываемые образцы теплозащиты, было принято решение сажать БОР на воду. Небольшого парашюта для мягкого приводнения было достаточно.
Из соображений секретности было ясно, что сажать аппарат нужно во внутренний водоём. По траектории полёта это были либо Черное море, либо озеро Балхаш. Но всё было впервые. Мы ещё никогда не спускали крылатые корабли с орбиты. И проектанты систем управления и навигации, несмотря на всю проделанную ранее работу, не давали 100%-х гарантий попадания в эти водоёмы. Поэтому решили сажать первые ракетопланы в акваторию Индийского океана.
И вот наступил день первого пуска. 4 июня 1982г. ТАСС сообщил об очередном запуске ИСЗ "Космос-1374" в целях продолжения космических исследований. Однако скрыть от глаз вездесущей разведки целую флотилию из семи кораблей ВМФ СССР в районе приземления у берегов Австралии было сложно.
Совершив 1,25 витка на орбите, беспилотный БОР-4 вошёл в атмосферу вблизи берегов Индии и после торможения и пройдя зону плазмообразования, БОР-4 на высоте около 7,5км, выпустив парашют плавно приводнился в Индийский океан в 560км от архипелага Кокосовых о-вов. Координаты посадки расходились с расчётными почти на 200км (!). К месту посадки кроме нашей флотилии направились и корабли ВМС Австралии. Несмотря на суточный переход к месту приводнения, ранним утром наши корабли выловили из воды секретный аппарат, опередив австралийские ВМС.

Ко 2-му полёту 16 марта 1983г. "Космоса-1445", наученные горьким опытом австралийцы были уже подготовлены. Как только наши корабли устремились в район посадки очередного БОРа в 556км южнее Кокосовых о-вов, патрульные самолёты Р-3С "Орион" австралийских ВВС ни на минуту не оставляли их без присмотра. А к моменту вылавливания ОС из воды в районе приводнения находились уже корабли и вертолёты ВМС Австралии, детально отсняв весь процесс вылавливания и подъёма космолёта.

Эти события, а также показавшая свою надёжность система управления, позволили перенести зону приводнения последующих испытаний в Черное время. 27 декабря 1983г. совершил свой орбитальный полёт "Космос-1517", а 19 декабря 1984г. - "Кос-мос-1616". Космолёты приземлялись западнее Севастополя. Однако, к сожалению, одну из двух "летающих лабораторий" утонула. Но 5-й запуск БОРа-4 не понадобился.

В результате проведённых испытаний были получены данные о поведении элементов многоразовой ТЗП в условиях планирующего полёта в атмосфере по траектории, близкой к траектории спуска ОК "Буран" и решены конструктивные вопросы.
Полученный задел позволил перейти к испытаниям БОР-5, представлявшего собой модель ОС "Буран" в масштабе 1:8. Модели БОР-5 также, как и БОР-4, запускались с полигона Капустин Яр РН "Космос-3М". Поскольку на них проверялась аэродинамика будущего отечественного "челнока", то есть это атмосферный участок его полёта, то запускать их на околоземную орбиту нужды не было. Взлетев на высоту 210 км, они отделялись на восходящей ветви траектории от РН и совершали автономный полёт по баллистической траектории.
Модель БОР-5 покрывалась, как и БОР-4С, "уносимой" теплозащитой. Носовой обтекатель был изготовлен из вольфрамово-молибденового сплава. Испытывался также радиопрозрачный теплозащитный материал.
В суборбитальном полёте пространственная ориентация БОРа-5 производилась с помощью микро-ЖРД малой тяги. В плотных слоях атмосферы управление аппаратом осуществлялось аэродинамическими рулевыми поверхностями крыльев и хвостового оперения, которые впервые в нашей стране применялись при таких больших скоростях и таком высоком кинетическом нагреве конструкционного материала.
На высоте 3 км выпускался парашют и аппарат опускался на сушу в почти 2000 км от места старта, в районе озера Балхаш.
Первый запуск БОР-5 состоялся 6 июля 1984г. Полёт осуществлялся по программе лётно-конструкторских испытаний РН, доработанной под модель БОР-5, с проверкой функционирования систем БОРа. Но из-за схемной ошибки в электросистеме, модель не отделилась от РН. В результате, полёт пришлось повторить 17 апреля 1985г. Второй полёт прошёл нормально и испытания вышли на плановой уровень. После чего БОРами-5 было осуществлено ещё 3 успешных полёта.
В целом запуски 4-х крупномасштабных моделей БОР-4 и 5-ти моделей БОР-5 позволили провести испытания конструкции ТЗП в реальных условиях полёта ОС "Буран", уточнить аэродинамические характеристики и откорректировать его аэродинамическую компоновку. Достойным апофеозом этой большой работы стало успешное осуществление полёта ОС "Буран" 15 ноября 1988г. в космос и его возвращение домой.
И тогда всем казалось, что ещё многое впереди. На 1990-91гг. был запланирован очередной беспилотный полёт нашего "шаттла", а в 1992г., должен был отправиться в космос с космонавтами. В связи с этим строились и многочисленные планы учёных. Они поняли, какую прекрасную возможность для опережающих исследований им открывают беспилотные орбитальные ракетопланы.
Большим нерешённым вопросом ещё оставалось обеспечение радиосвязи через плазму. На базе проверенного аппарата БОР-4 для изучения радиосвязи в плазме к 1990г. в ЛИИ была сделана летающая модель БОР-6. Но в связи с известными событиями в стране, все дальнейшие работы в этом направлении были свёрнуты.
БОРы внесли свой вклад также и в международное сотрудничество. В соответствии с совместной программой с Европейским космическим агентством были проведены исследования по отработке конструкции ТЗП западноевропейского ОС "Гермес" на модифицированном аппарате БОР-4.
Впервые широкой отечественной и международной общественности БОРы были продемонстрированы на первой в нашей стране международной авиационно-космической выставке "Авиация-90", проходившей в 1990г. в Москве на ВДНХ. Перед входом в новый павильон были выставлены, слетавшие в космос аппараты типа БОР-4 и БОР-5. Затем, на последующих выставках "К звёздам-91", "МосАэрошоу-91" и -93", МАКС-95 эти модели уже не просто демонстрировались, а рекламировались как полноценные лётно-экспериментальные комплексы для опережающих исследований в области гиперзвуковых технологий и создания воздушно-космических аппаратов. Но в силу многих причин БОРы пока не востребованы на рынке высоких технологий ни в нашей стране, ни за рубежом.

В.В.Лебедев
Председатель Санкт-Петербургской секции истории авиации и космонавтики СПб. отделения ИИЕТ при РАН

Переход на:

Web-master: ©Вадим Лукашевич 1998-2005
E-mail: buran@buran.ru