haritonoff в Космолеты РутанаНачало ЗДЕСЬ
…Сделал ли Альберт Рутан всё, что хотел сделать в области полетов в атмосфере? Вряд ли, но, как бы то ни было, первым его сенсационным достижением в новом тысячелетии стал уже космический полёт – правда, пока только суборбитальный. Выполняя комплект критериев присуждения «Ansari X-Prize», Рутан построил аппарат, достигший высоты 100 километров. Но начал он путь к покорению больших высот несколько раньше, чем вступил в гонку коммерческих покорителей космоса.
Самолет «Proteus», совершивший свой первый полёт 26 июля 1998 года, был заказан компанией «Angel Technologies Corporation». Он предназначался для работы в составе системы сотовой телефонной связи «с элементами воздушного базирования». Задачей «Протеуса» было находиться в воздухе в течение 14 часов на очень большой высоте – чтобы оттуда охватывать ретрансляцией возможно большую площадь.
Это задание «Scaled Composites» воплотила в форме исключительно изящной машины, как всегда, необычного вида. Чтобы высоко и долго летать (при отсутствии требования большой скорости), аэроплан должен иметь крыло большого удлинения – то есть длинное и неширокое. У «Протеуса» таких крыльев два: прямое переднее и заднее, побольше размахом и изогнутое во фронтальной проекции – от фюзеляжа оно полого опускается вниз, затем поднимается вверх, и завершается это законцовками, снова отогнутыми вниз. Такая конструкция самолёта называется биплан-тандем, а форма крыла – «обратная чайка». Две балки, отходящие в хвост от заднего крыла, несут вертикальное оперение из верхнего и нижнего килей; горизонтальное оперение на этот раз вообще отсутствует. Экономичные турбовентиляторные двигатели установлены на пилонах сверху хвостовой части фюзеляжа.
«Proteus»
И на этот раз требования были выполнены, что подтверждается тремя мировыми рекордами в своём классе, установленными «Протеусом» 25–27 октября 2000 года: максимальная высота 19 137 м, высота установившегося горизонтального полёта 18 873 м, высота полёта с грузом 1000 кг – 17 032 м.
Еще «Proteus»
Опыт, приобретенный в процессе постройки «Протеуса», был использован при проектировании «Белого рыцаря» («White Knight») – высотного самолёта-носителя, одного из двух элементов суборбитальной системы, выигравшей «Х-приз» в номинации «освоение окружающего пространства». Второй составляющей был собственно суборбитальный космический аппарат «Space Ship One» – этой парочке и предстояло выиграть один из самых незаурядных конкурсов начала XXI века:
«Х-приз» был учреждён в 1996 году для поощрения интереса частных конструкторов и производителей к созданию аппаратов, способных доставить человека за пределы атмосферы. То есть к той области, где ранее всё делалось исключительно по заказам государственных организаций и за государственные деньги. Был образован фонд «Х-приза», установивший награду в 10 миллионов долларов тому, кто сумеет выполнить следующие три условия: доставить экипаж из трёх человек на высоту не менее 100 км; совершить безопасную посадку; повторить полёт на том же самом аппарате не позднее чем через две недели. Финансирование могло осуществляться только из частных средств.
«Скэйлд Композитс» официально – проведя пресс-конференцию с тремя сотнями журналистов – подключилась конкурсу в апреле 2003 года. К этому времени состав участников практически определился: соревновались 23 команды из разных стран. Все напряжённо работали – с большими или меньшими шансами на успех. Но у Рутана уже был серьёзнейший задел. Его техника была уже разработана, «Белый рыцарь» испытывался в воздухе, завершалась постройка и наземные испытания «Спейс Шипа-1». 7 августа 2003 года был впервые произведен взлёт всей «спарки» со сбросом космической ступени. На высоте более 14 километров при скорости 400 км/ч суборбитер отделился от носителя и после 19 минут планирующего полёта (без запуска двигателя) произвел благополучную посадку.
К этому времени у квалифицированных «болельщиков» уже не было сомнений, что Рутан вышел на лидирующую позицию в этой гонке. Его соперники трудились в основном над простейшими системами: ракета с вертикальным стартом и посадка на парашюте или параплане. Были проекты и позамысловатее: со стартом с буксира за Боингом-747 или с подвески аэростата; немногие планировали горизонтальный взлёт и посадку на аэродром либо на воду. Российские участники намеревались использовать в качестве носителя для взлёта высотный исследовательский самолёт М55 «Геофизика» конструкции КБ имени Мясищева, а для посадки – тот же параплан.
Отечественный проект - М55 «Геофизика» (носитель) и «Космополис-XXI»
Схема Рутана – сложнее и совершеннее. «Белый рыцарь» представляет собой экзотического вида двухбалочный моноплан с крылом, подобным заднему крылу упоминавшегося «Протеуса» – «обратная чайка», – только законцовки у «Рыцаря» отогнуты вверх. Т-образное хвостовое оперение установлено на боковых балках причудливой формы, которые несут также колеса шасси. Самолет имеет два реактивных двигателя; вряд ли стоит говорить, что его конструкция – как, впрочем, и у космической ступени –почти полностью композитная.
Сам же «Спейс Шип-1» напоминает рисунки 1960-х годов, на которых изображены космические аппараты или гиперзвуковые самолёты будущего. Фюзеляж – как пуля или капля с острым носом, по передней части довольно прихотливо разбросаны круглые иллюминаторы – почти так же выглядит фюзеляж «Белого рыцаря». Очень широкие и короткие крылья «Спейс Шипа» несут на внешних оконечностях балки с вертикальными килями, а на последних смонтированы односторонние – наружу от фюзеляжа – плоскости горизонтального оперения. Корабль имеет трёхопорное колёсное шасси обычного самолётного типа.
Как видим, система получилась опять исключительно своеобразная, рутановская. Никто ещё не строил ничего похожего для полётов на космические высоты. И столь же уникален двигатель, подобных которому тоже ещё не встречалось на пилотируемых космических аппаратах. Такой двигатель называется гибридным, потому что его нельзя назвать ни твердотопливным, ни жидкостным. Дело в том, что горючее у этого двигателя твёрдое, а окислитель – жидкий; и эти компоненты тоже, мягко говоря, нетрадиционны. Горючим является разновидность… синтетической резины (!), а окислителем – закись азота, известная как «веселящий газ».
Что это даёт? Сразу многое. Во-первых, то, что горючее имеет твёрдое агрегатное состояние, гарантирует от возникновения «гремучей смеси» внутри и вокруг аппарата в случае утечки окислителя. Здесь же имеет смысл сказать, что выбранные компоненты не воспламеняются сами по себе даже при непосредственном контакте – в отличие, например, от компонентов топлива ракеты «Протон», которые, соединяясь, самовоспламеняются. Во-вторых, жидкий окислитель даёт возможность регулировать процесс горения и в случае необходимости быстро прервать его. В-третьих, твёрдое топливо, в составе которого есть и горючее, и окислитель, принципиально взрывоопасно, требует особой осторожности в обращении и особых условий при хранении. А у двигателя «Спейс Шипа» окислитель и горючее «разнесены». В-четвёртых, гидроксиполибутадиен (так называется горючее) и закись азота нетоксичны. Наконец, стоимость такого двигателя получилась невысокой.
Этой перспективе способствует ещё и то, что перегрузка на любой фазе суборбитального полёта «Спейс Шипа-1» не превышает 5 единиц – как на «американских горках». Поэтому Берт считает, что пассажиром его корабля может стать любой здоровый человек, и это не потребует никаких специальных тренировок.
Как же выглядит этот самый суборбитальный полёт? «Спейс Шип-1» подвешивается под фюзеляж «Белого рыцаря», который тривиально, по-самолётному, взлетает с полосы аэродрома. Благодаря своим длинным крыльям «Рыцарь» забирается на высоту порядка 15 км – вспомним «Протеус» с его рекордом поднятия груза на высоту. Подъём занимает около часа («Рыцарь» не гонщик, для него важна высота), после чего суборбитер отделяется от носителя, включает двигатель и под углом 84 градуса к горизонту устремляется ввысь.
Вот теперь всё идет быстро. Через несколько минут «Спейс Шип» достигает 100-километровой высоты. Три-четыре минуты он, переходя к этапу снижения, движется по параболе в окрестностях этой высоты – это апофеоз путешествия. В это время пассажиры наблюдают звёзды в чёрном космосе и испытывают неведомое ощущение невесомости. Если погода ясная, можно посмотреть на Землю – здесь уже можно писать «Земля» с большой буквы…
Потом начинается спуск, он занимает около 20 минут, проходит в режиме планирования и завершается самолётной посадкой. Скорость на спуске порядка трёх звуковых, так что специальной системы термозащиты конструкции, подобной известным плиткам шаттла и «Бурана», не требуется. Спуск – самый сложный этап полёта с точки зрения аэродинамики и управления, выдерживание заданного положения аппарата – примерно 70° к направлению полёта носом вверх – обеспечивается конструкцией крыла, задняя половина которого отклоняется и играет роль балансировочного щитка. На высоте 24 километра крыло принимает первоначальное положение, далее происходит обычный спуск с необходимым маневрированием и посадка.
Всё это было впервые произведено 21 июня 2004 года, управлял кораблем Михаэль Милвилл. А в октябре того же года, после пары полётов, выполненных в соответствии с правилами конкурса, Берт Рутан по справедливости – и отнюдь не неожиданно – стал обладателем «Х-приза».
Развитием «Спейс Шип-1» стал «Спейс Шип-2» (SpaceShipTwo), уже на восемь человек плюс два пилота. Этим пассажирам будут предоставлены значительно более комфортные условия: шаг кресел будет больше, их можно будет откинуть в горизонтальное положение, чтобы пожилым людям было легче переносить перегрузки. Правда, туалета не будет и в новом корабле; зато он будет подниматься на 135–140 километров, что даст туристам дополнительные полторы минуты космических впечатлений.
Аппарат будет доставляться на пусковую высоту (около 20 км) с помощью «Белого рыцаря-2» (White Knight Two / WK2):
Максимальная высота полёта 135—140 км (согласно информации BBC) или 160—320 км (согласно интервью с Бёртом Рутаном) (у «SpaceShipOne» — 100—110 км), что позволит увеличить время невесомости до 6 минут («SpaceShipOne» — 3 минуты). Максимальная перегрузка — 6 g. Все рейсы планируется начинать и заканчивать на одном аэродроме в Мохаве (Калифорния). Первоначальная ожидаемая цена билета $200 тыс. Первый тестовый полёт состоялся в марте 2010 года, успешные тестовые полеты продолжаются до сих пор – аппарат всерьез планируют пустить в коммерческую эксплуатацию.
Планируется, что помимо туристических задач SpaceShipTwo будет выполнять исследования атмосферы — часть приборов будет размещена на самолёте-разгонщике с целью регулярного измерения содержания газов (метана и углекислого газа) на высотах 8-15 км и также получение проб воздуха с этих высот. При помощи же самого SpaceShipTwo будут проводиться изучения ионосферы на высотах 100—110 км.
По материалам В. Мейлицева
…Сделал ли Альберт Рутан всё, что хотел сделать в области полетов в атмосфере? Вряд ли, но, как бы то ни было, первым его сенсационным достижением в новом тысячелетии стал уже космический полёт – правда, пока только суборбитальный. Выполняя комплект критериев присуждения «Ansari X-Prize», Рутан построил аппарат, достигший высоты 100 километров. Но начал он путь к покорению больших высот несколько раньше, чем вступил в гонку коммерческих покорителей космоса.
Самолет «Proteus», совершивший свой первый полёт 26 июля 1998 года, был заказан компанией «Angel Technologies Corporation». Он предназначался для работы в составе системы сотовой телефонной связи «с элементами воздушного базирования». Задачей «Протеуса» было находиться в воздухе в течение 14 часов на очень большой высоте – чтобы оттуда охватывать ретрансляцией возможно большую площадь.
Это задание «Scaled Composites» воплотила в форме исключительно изящной машины, как всегда, необычного вида. Чтобы высоко и долго летать (при отсутствии требования большой скорости), аэроплан должен иметь крыло большого удлинения – то есть длинное и неширокое. У «Протеуса» таких крыльев два: прямое переднее и заднее, побольше размахом и изогнутое во фронтальной проекции – от фюзеляжа оно полого опускается вниз, затем поднимается вверх, и завершается это законцовками, снова отогнутыми вниз. Такая конструкция самолёта называется биплан-тандем, а форма крыла – «обратная чайка». Две балки, отходящие в хвост от заднего крыла, несут вертикальное оперение из верхнего и нижнего килей; горизонтальное оперение на этот раз вообще отсутствует. Экономичные турбовентиляторные двигатели установлены на пилонах сверху хвостовой части фюзеляжа.
«Proteus»
И на этот раз требования были выполнены, что подтверждается тремя мировыми рекордами в своём классе, установленными «Протеусом» 25–27 октября 2000 года: максимальная высота 19 137 м, высота установившегося горизонтального полёта 18 873 м, высота полёта с грузом 1000 кг – 17 032 м.
Еще «Proteus»
Опыт, приобретенный в процессе постройки «Протеуса», был использован при проектировании «Белого рыцаря» («White Knight») – высотного самолёта-носителя, одного из двух элементов суборбитальной системы, выигравшей «Х-приз» в номинации «освоение окружающего пространства». Второй составляющей был собственно суборбитальный космический аппарат «Space Ship One» – этой парочке и предстояло выиграть один из самых незаурядных конкурсов начала XXI века:
«Х-приз» был учреждён в 1996 году для поощрения интереса частных конструкторов и производителей к созданию аппаратов, способных доставить человека за пределы атмосферы. То есть к той области, где ранее всё делалось исключительно по заказам государственных организаций и за государственные деньги. Был образован фонд «Х-приза», установивший награду в 10 миллионов долларов тому, кто сумеет выполнить следующие три условия: доставить экипаж из трёх человек на высоту не менее 100 км; совершить безопасную посадку; повторить полёт на том же самом аппарате не позднее чем через две недели. Финансирование могло осуществляться только из частных средств.
«Скэйлд Композитс» официально – проведя пресс-конференцию с тремя сотнями журналистов – подключилась конкурсу в апреле 2003 года. К этому времени состав участников практически определился: соревновались 23 команды из разных стран. Все напряжённо работали – с большими или меньшими шансами на успех. Но у Рутана уже был серьёзнейший задел. Его техника была уже разработана, «Белый рыцарь» испытывался в воздухе, завершалась постройка и наземные испытания «Спейс Шипа-1». 7 августа 2003 года был впервые произведен взлёт всей «спарки» со сбросом космической ступени. На высоте более 14 километров при скорости 400 км/ч суборбитер отделился от носителя и после 19 минут планирующего полёта (без запуска двигателя) произвел благополучную посадку.
К этому времени у квалифицированных «болельщиков» уже не было сомнений, что Рутан вышел на лидирующую позицию в этой гонке. Его соперники трудились в основном над простейшими системами: ракета с вертикальным стартом и посадка на парашюте или параплане. Были проекты и позамысловатее: со стартом с буксира за Боингом-747 или с подвески аэростата; немногие планировали горизонтальный взлёт и посадку на аэродром либо на воду. Российские участники намеревались использовать в качестве носителя для взлёта высотный исследовательский самолёт М55 «Геофизика» конструкции КБ имени Мясищева, а для посадки – тот же параплан.
Отечественный проект - М55 «Геофизика» (носитель) и «Космополис-XXI»
Схема Рутана – сложнее и совершеннее. «Белый рыцарь» представляет собой экзотического вида двухбалочный моноплан с крылом, подобным заднему крылу упоминавшегося «Протеуса» – «обратная чайка», – только законцовки у «Рыцаря» отогнуты вверх. Т-образное хвостовое оперение установлено на боковых балках причудливой формы, которые несут также колеса шасси. Самолет имеет два реактивных двигателя; вряд ли стоит говорить, что его конструкция – как, впрочем, и у космической ступени –почти полностью композитная.
Сам же «Спейс Шип-1» напоминает рисунки 1960-х годов, на которых изображены космические аппараты или гиперзвуковые самолёты будущего. Фюзеляж – как пуля или капля с острым носом, по передней части довольно прихотливо разбросаны круглые иллюминаторы – почти так же выглядит фюзеляж «Белого рыцаря». Очень широкие и короткие крылья «Спейс Шипа» несут на внешних оконечностях балки с вертикальными килями, а на последних смонтированы односторонние – наружу от фюзеляжа – плоскости горизонтального оперения. Корабль имеет трёхопорное колёсное шасси обычного самолётного типа.
Как видим, система получилась опять исключительно своеобразная, рутановская. Никто ещё не строил ничего похожего для полётов на космические высоты. И столь же уникален двигатель, подобных которому тоже ещё не встречалось на пилотируемых космических аппаратах. Такой двигатель называется гибридным, потому что его нельзя назвать ни твердотопливным, ни жидкостным. Дело в том, что горючее у этого двигателя твёрдое, а окислитель – жидкий; и эти компоненты тоже, мягко говоря, нетрадиционны. Горючим является разновидность… синтетической резины (!), а окислителем – закись азота, известная как «веселящий газ».
Что это даёт? Сразу многое. Во-первых, то, что горючее имеет твёрдое агрегатное состояние, гарантирует от возникновения «гремучей смеси» внутри и вокруг аппарата в случае утечки окислителя. Здесь же имеет смысл сказать, что выбранные компоненты не воспламеняются сами по себе даже при непосредственном контакте – в отличие, например, от компонентов топлива ракеты «Протон», которые, соединяясь, самовоспламеняются. Во-вторых, жидкий окислитель даёт возможность регулировать процесс горения и в случае необходимости быстро прервать его. В-третьих, твёрдое топливо, в составе которого есть и горючее, и окислитель, принципиально взрывоопасно, требует особой осторожности в обращении и особых условий при хранении. А у двигателя «Спейс Шипа» окислитель и горючее «разнесены». В-четвёртых, гидроксиполибутадиен (так называется горючее) и закись азота нетоксичны. Наконец, стоимость такого двигателя получилась невысокой.
Этой перспективе способствует ещё и то, что перегрузка на любой фазе суборбитального полёта «Спейс Шипа-1» не превышает 5 единиц – как на «американских горках». Поэтому Берт считает, что пассажиром его корабля может стать любой здоровый человек, и это не потребует никаких специальных тренировок.
Как же выглядит этот самый суборбитальный полёт? «Спейс Шип-1» подвешивается под фюзеляж «Белого рыцаря», который тривиально, по-самолётному, взлетает с полосы аэродрома. Благодаря своим длинным крыльям «Рыцарь» забирается на высоту порядка 15 км – вспомним «Протеус» с его рекордом поднятия груза на высоту. Подъём занимает около часа («Рыцарь» не гонщик, для него важна высота), после чего суборбитер отделяется от носителя, включает двигатель и под углом 84 градуса к горизонту устремляется ввысь.
Вот теперь всё идет быстро. Через несколько минут «Спейс Шип» достигает 100-километровой высоты. Три-четыре минуты он, переходя к этапу снижения, движется по параболе в окрестностях этой высоты – это апофеоз путешествия. В это время пассажиры наблюдают звёзды в чёрном космосе и испытывают неведомое ощущение невесомости. Если погода ясная, можно посмотреть на Землю – здесь уже можно писать «Земля» с большой буквы…
Потом начинается спуск, он занимает около 20 минут, проходит в режиме планирования и завершается самолётной посадкой. Скорость на спуске порядка трёх звуковых, так что специальной системы термозащиты конструкции, подобной известным плиткам шаттла и «Бурана», не требуется. Спуск – самый сложный этап полёта с точки зрения аэродинамики и управления, выдерживание заданного положения аппарата – примерно 70° к направлению полёта носом вверх – обеспечивается конструкцией крыла, задняя половина которого отклоняется и играет роль балансировочного щитка. На высоте 24 километра крыло принимает первоначальное положение, далее происходит обычный спуск с необходимым маневрированием и посадка.
Всё это было впервые произведено 21 июня 2004 года, управлял кораблем Михаэль Милвилл. А в октябре того же года, после пары полётов, выполненных в соответствии с правилами конкурса, Берт Рутан по справедливости – и отнюдь не неожиданно – стал обладателем «Х-приза».
Развитием «Спейс Шип-1» стал «Спейс Шип-2» (SpaceShipTwo), уже на восемь человек плюс два пилота. Этим пассажирам будут предоставлены значительно более комфортные условия: шаг кресел будет больше, их можно будет откинуть в горизонтальное положение, чтобы пожилым людям было легче переносить перегрузки. Правда, туалета не будет и в новом корабле; зато он будет подниматься на 135–140 километров, что даст туристам дополнительные полторы минуты космических впечатлений.
Аппарат будет доставляться на пусковую высоту (около 20 км) с помощью «Белого рыцаря-2» (White Knight Two / WK2):
Максимальная высота полёта 135—140 км (согласно информации BBC) или 160—320 км (согласно интервью с Бёртом Рутаном) (у «SpaceShipOne» — 100—110 км), что позволит увеличить время невесомости до 6 минут («SpaceShipOne» — 3 минуты). Максимальная перегрузка — 6 g. Все рейсы планируется начинать и заканчивать на одном аэродроме в Мохаве (Калифорния). Первоначальная ожидаемая цена билета $200 тыс. Первый тестовый полёт состоялся в марте 2010 года, успешные тестовые полеты продолжаются до сих пор – аппарат всерьез планируют пустить в коммерческую эксплуатацию.
Планируется, что помимо туристических задач SpaceShipTwo будет выполнять исследования атмосферы — часть приборов будет размещена на самолёте-разгонщике с целью регулярного измерения содержания газов (метана и углекислого газа) на высотах 8-15 км и также получение проб воздуха с этих высот. При помощи же самого SpaceShipTwo будут проводиться изучения ионосферы на высотах 100—110 км.
По материалам В. Мейлицева
Journal information