Правда
24 ноября 1988 года

При создании "Бурана" предстояло совершить решительный качественный скачок от достигнутых лучшими авиационными конструкциями скоростей около 3.000 км в час до 28.000 км при полетах в атмосфере и космическом пространстве.

Выбор для воздушно-космического корабля крылатой самолетной схемы позволил решить сложнейшую научно-техническую задачу снижения в атмосфере с изменением скорости от 8 км в секунду до 340 км в час с возможностью бокового маневра в атмосфере до 2.000 км и горизонтальной посадки как планера без двигателя.

"Буран" неоднократно был показан по телевидению и на фотографиях и в момент старта, и при посадке. Тем не менее о его конструкции, силовой схеме хотелось бы сказать отдельно. Он выполнен по самолетной схеме "бесхвостка" с низкорасположениым треугольным крылом двойной стреловидности и присущими самолету аэродинамическими органами управления: элевонами, рулем направления, балансировочным щитком. Особенности конструкции в значительной мере продиктованы требованиями защиты от аэродинамического нагрева. С этой целью увеличены толщина крыла, радиус затупления носовой части фюзеляжа, созданы системы теплозащиты многоразового использования. Вся поверхность "Бурана", кроме носков крыла и фюзеляжа, покрыта 38.000 плиток, изготовленных на основе тонких волокон чистого кварца. Носки же крыла и фюзеляжа выполнены из тугоплавкого графитового материала. Для проведения разгрузочно-погрузочных работ на орбите по большей части длины фюзеляжа расположен грузовой люк - огромный продольный вырез, закрывающийся створками. В хвостовой части находятся двигатели орбитального маневрирования. Для управления в разреженных слоях атмосферы "Буран" имеет носовые и хвостовые блоки сопел управляющих газодинамических двигателей.

Одной из основных при создании планера орбитального корабля явилась проблема достижения таких аэродинамических характеристик, которые обеспечили бы выполнение задачи на всех участках полета во время спуска из космоса - гаперзвуковом, сверхзвуковом, трансзвуковом и дозвуковом. Научные проблемы, вставшие перед аэродинамиками, потребовали комплексного подхода с использованием новейших достижений в области теоретической, прикладной и экспериментальной аэродинамики. Создание моделей, стендов, тензовесов и другого оборудования резко увеличило производительность аэродинамической экспериментальной базы и тем самым параллельно способствовало развитию и других направлений отечественной авиационной и космической техники. Поскольку многие режимы полета и физические явления при спуске с орбиты не полностью моделировались в аэродинамических трубах, в ЦАГИ созданы специальные расчетные методы для определения аэродинамических характеристик с помощью мощных ЭВМ.

Десятки тысяч испытаний в аэродинамических трубах, испытания на летающих моделях-аналогах, точные методы расчетов позволили с высокой степенью достоверности определить аэродинамические характеристики планера, явившиеся первостепенными исходными данными для большого числа разработчиков систем из разных ведомств.

Обеспечение прочности корабля было намного сложнее тех задач, с которыми приходилось сталкиваться ученым и инженерам за всю историю развития авиации.

Требовалось создать легкую конструкцию, способную длительно работать в исключительно тяжелых условиях. Впервые отечественный крылатый аппарат многоразового использования должен был выдерживать очень интенсивное вибрационное и акустическое нагружение от мощных ракетных двигателей и сверхзвукового потока воздуха, которое может разрушать металлические конструкции. А затем при спуске с орбиты подвергаться разогреву до таких температур, при которых плавится металл.

Эти условия воспроизводились в лабораториях при отработке прочности и теплового состояния "Бурана", в котором использованы нетрадиционные конструкции и новые композиционные материалы. На смену алюминию и его сплавам пришли новые, прогрессивные сплавы, обладающие более высокими модульными характеристиками, - титановые, бериллиевые, боралюмаииевые, ниобиевые. Были разработаны неметаллические и композиционные материалы с различными наполнителями. Большой вклад в эту работу внесли материаловеды из отраслевых и академических институтов.

Одной из наиболее важных была разработка теплозащитного покрытия, которое должно быть многоразовым, иметь минимальную удельную массу, обладать высокой теплостойкостью, достаточной прочностью и минимальным коэффициентом температурного расширения, будучи нейтральным к чистой воздушной плазме и радиопрозрачным. Создание плиточной теплозащиты, выдерживающей температуры до 1.300, а в углеродистых носовых частях фюзеляжа и крыльев - до 1.500 градусов, потребовало нового производства с высокой культурой и технологией, новаторских идей, уникальных исследовательских установок, фундаментальных и прикладных исследований в области научного приборостроения, газовой динамики и теплообменных процессов. В комплексе этих работ наряду с институтами авиационной, химической промышленности, цветной металлургии приняли участие ученые АН СССР, АН УССР, вузовских лабораторий.

По результатам экспериментальных исследований в импульсных и ударных аэродинамических трубах на моделях, по материалам численных расчетов разработана температурная схема орбитального самолета, на которой представлено распределение температуры по всей поверхности. Получена информация о влиянии на теплообмен межплиточных зазоров и выпавшей плитки. Окончательной проверкой стали запуски маневрирующих спутников серии "Космос" - 1374, 1445, 1517, 1614. Эти первые в отечественной практике воздушно-космические летательные аппараты позволили исследовать работу плиточной теплозащиты и носового затупления из углеродного материала в условиях, близких к тем, в которых работает теплозащита "Бурана".

Экспериментальная отработка прочности силовой конструкции и эффективности теплозащиты "Бурана" оказалась возможной благодаря применению в авиационной промышленности уникальных стендов: теплопрочностной вакуумной и акустической камер, зала статических испытаний и комплекса вибростендов. В статическом зале, например, планер самолета подвергался воздействию огромных сил, возникающих на участке выведения, когда конструкция еще не нагрета. 256 управляемых от компьютерных систем силовозбудителей могли одновременно воздействовать на изделие. Информационно-вычислительная система регистрировала в процессе испытаний более 15 тысяч параметров, по которым велось управление экспериментом и оценивалось в реальном времени состояние конструкции.

Теплопрочностная вакуумная камера, имеющая рабочую часть диаметром 14 и длиной 30 метров, позволила исследовать поведение больших теплозащитных частей планера в условиях нагревания и нагружения, действующих на всей траектории полета. Высокотемпературные инфракрасные нагреватели общей мощностью до 13000 киловатт, разделенные на 96 зон, каждая из которых управляется от ЭВМ по своей программе, обеспечили нагревание испытываемой конструкции, близкое к реальному, с максимальной температурой плюс 1.500 градусов. Имитацию остывания орбитального самолета в космосе до минус 130 градусов осуществляет система охлаждения с использованием жидкого азота. За поведением испытываемой конструкции "следят" 5000 датчиков различных типов.

Принципиально важна проблема управления автоматической посадкой корабля вплоть до остановки на взлетно-посадочной полосе. Повышенные требования вызвали создание особо точных информационных измерительных систем. Были разработаны и испытаны принципиально новые радиотехнические системы посадки, системы сбора и обработки воздушных данных, развиты новые подходы к взаимной увязке, комплексированию и проверке достоверности всех информационных систем.

Полноразмерный стенд оборудования "Бурана" позволил с большой точностью производить полунатурное моделирование реального полета. На стенде проведено более 1.400 "полетов" с введением нештатных ситуаций. Общее количество разработанных программ для выполнения работы стенда превышало миллион.

3.200 часов составило общее время тренировки экипажей и на пилотажно-динамическом стенде, где шли отработка летных заданий, оценка эргономических характеристик органов управления и индикации.

Следующим этапом программы явилось испытание в Летно-исследовательском институте семейства моделей на основе глубокой модификации серийных самолетов МиГ-25 и Ту-154. Летающие лаборатории, совершившие около тысячи вылетов, помогли исследованию алгоритмов посадочного маневрирования, проверке и отработке наземного комплекса, бортовой аппаратуры.

Для обеспечения качества изделия в процессе его разработки в авиационной промышленности получил развитие автоматизированный комплекс оценки технического состояния орбитального корабля, включающий в себя компьютерную систему, накапливающую информацию о результатах отработки, расчетные математические модели, технологическую информацию и данные, полученные при испытаниях и в эксплуатации. Например, сегодня каждая из 38 тысяч плиток теплозащиты имеет в компьютерной системе свой паспорт, который сопровождает плитку с момента ее появления в виде компьютерной программы на изготовление до исчерпания ресурса. Это позволяет знать фактическое состояние теплозащиты и гарантировать ее надежность. Такие же системы сопровождениям качества разрабатываются в обеспечении всей программы эксплуатации "Бурана".

В ее рамках применены 123 новых вида приборов контроля и диагностики дефектов на всех этапах производства узлов и агрегатов корабля. Многие из них имеют отечественный приоритет и нашли применение в автомобильной, легкой, судостроительной отраслях, даже в коммунальном хозяйстве.

Подтвердить правильность технических решений, окончательно отработать взаимодействие бортового и аэродромного комплексов помогли полеты самолета-аналога. Это тот же "Буран", но снабженный четырьмя турбореактивными двигателями, позволяющими взлетать и совершать посадку "по-самолетному".

Наконец настал день, когда в реальном полете космический "Буран" сам управлял движением при посадке с помощью радиокоррекции траектории. На посадочном аэродроме высокоточные маяки создали информационное радиополе. Радиоприемники "Бурана" получали сигналы, передавая их в бортовой вычислитель, который рассчитывал отклонения реальной траектории от той заданной, которая только и может привести "Буран" на посадочную полосу с приемлемой скоростью и точностью.

Пройдя от момента тормозного импульса до посадки 20 тысяч километров, "Буран" уверенно преодолел все скоростные и температурные участки от гиперзвукового до "обычного" и нашел "свою" полосу. В отличие от обычных самолетов это была посадка без двигателя по очень крутой траектории, напоминавшей бы непосвященному человеку падение. Завершение же программы и точность посадки не требуют лишних слов.

Осуществление проекта, безусловно, потребовало больших затрат. Однако кроме прямого результата они могут окупиться новыми разработками, полезными не только авиационной и космической промышленности. Рожденные для "Бурана" около 30 новых материалов уже сегодня становятся фундаментом прогрессивных разработок практически во всех машиностроительных отраслях. Опыт, полученный на комплексных стендах "Бурана", открыл также путь для прогресса в нашем машиностроении.

Испытательный комплекс для отработки конструкций "Бурана" уже сегодня служит разработке различных видов летательных аппаратов, новых моделей автомобилей и сельхозтехники. Введение в практику машиностроения методов и средств воплощения высоконадежных машин приведет к качественному скачку, что является в нашей стране важнейшей задачей.

Огромное значение имеет для пассажирской и транспортной авиации создание системы автоматической посадки, ведущей к действительной всепогодности. После более чем трехчасового полета в космосе и атмосфере в момент остановки на полосе отклонение от программы по времени составило одну секунду, а отклонение оси корабля от оси полосы - всего 1,5 метра.

Компьютерные системы САПР, САКР, автоматизированной технологической подготовки производства, элементы автоматизированной системы обеспечения качества несомненно воспроизведутся в народном хозяйстве. Фонд пакетов программ для компьютеров различных классов, использованных в проектировании, составил более 700 единиц и является национальным достоянием.

Неоспорима практическая польза в народном хозяйстве средств и методов неразрушающего контроля. Часть из них уже пошла в серийное производство и будет тиражироваться в сотнях экземпляров.

Таким образам, испытания "Бурана" стали испытанием нашего научного и технического арсенала. И пройдены эти испытания достойно.'

К. ВАСИЛЬЧЕНКО - Доктор технических наук, начальник ЛИИ
Г. ЛОЗИНО-ЛОЗИНСКИЙ. Доктор технических наук, генеральный директор НПО
Г.СВИЩЕВ Академик, начальник ЦАГИ

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