Boeing

X-20 Dyna-Soar
Космический самолет

История проекта

Фаза Альфа

    Последующее усилия конструкторов, направленные на разработку аппарата Dyna-Soar, потребовали почти два года. Первая фаза этих работ была названа достаточно логично как «Фаза Альфа». Подрядчики исследовали несметное число конструктивных решений. Был учрежден специальный комитет, известный как «Группа Альфа», предназначенный для сравнения технических данных и проектов, касающихся определения орбитального аппарата Dyna-Soar. Аппарат, который в конечном счете появился на свет, как иронично отмечалось, имел куда большее сходство с концепцией, предложенной группой Bell-Martin, чем более близкая к победе концепция группы Boeing-Vought. Он состоял из дельтавидного крыла с двумя концевыми шайбами вертикальных стабилизаторов и фюзеляжа со слегка приподнятой и закругленной на конце носовой частью. Он был изготовлен большей частью из экзотического суперсплава Rene-41 по концепции «горячей конструкции», но включал в себя тепловой экран из молибденового суперсплава на своей нижней поверхности. Испытания установили, что экран обеспечивает защиту для аппарата массой около 10.000 фунтов (4536 кг) при температуре приблизительно 2700°F (1480°С). Передние кромки крыла должны были закрываться сегментами из сплава молибдена, которые могли выдерживать температуры до 3,000°F (1650°С). Отдельные места аппарата, которые при входе в атмосферу нагревались по 4,300°F (2371°С), могли быть защищены армированным графитом и циркониевым полусферическим колпаком в носовой части фюзеляжа.
    В начале 1960 г. ВВС объявили о проведении ряда испытаний по входе в атмосферу с использованием многоразового носового конуса RVX-2 (В оригинале RVX (или RVX-I) был первым носовым конусом МБР с абляционной защитой, спасенного после полета на большую дальность в мае 1958 г.). Аппарат RVX-2 планировалось запустить с помощью МБР «Атлас» со скоростью около М=22 для проверки критического нагрева и аэродинамических испытаний некоторых подсистем Dyna-Soar. Бекер и МакЛеллан из НИЦ имени Лэнгли придумали довольно маловероятную совокупность испытаний, которая привела в тупик программу конического аппарата RVX-2. Приблизительно половина предложенных испытаний, связанных непосредственно с программой Dyna-Soar I, в то время как остальные имели более общий характер, включая испытание множества форм аппаратов типа «несущий корпус» для входа в атмосферу, а также нескольких конструкций хвостовой части. К сожалению для группы Dyna-Soar, ВВС позднее отменили полеты RVX-2 из-за ограничения финансирования, а Бекер попробовал, хотя и неудачно, продолжить их под покровительством NASA.
    Еще один план разработки, выпущенный 1 апреля 1960 г. позже предусматривал трехфазную программу, представленную в ноябре 1959 г. Чисто суборбитальный «Первый шаг» был теперь направлен к достижению четырех основных целей:

    Теперь планировалось выполнить 20 воздушных запусков начиная с июля 1963 г. с использованием ракетного двигателя XLR-11, чтобы обеспечить скорости до М=2. Термин «воздушный запуск» в данном случае означает, что ракетный двигатель, установленный на аппарате, служит для достижения последним более высоких скоростей, чем те, что возможны при пассивном сбросе аппарата с самолета-носителя и планировании без двигателя. Первоначально в качестве такого двигателя рассматривался основной двигатель аппарата, наиболее вероятно XLR-11, однако когда к конструкции аппарата была добавлена тормозная двигательная установка (ТДУ), было установлено, что модифицированный вариант такой ТДУ может быть использован для выполнения воздушных запусков. Второй шаг был подразделен теперь на «Шаг IIA», предназначенный для сбора данных относительно маневрирования с орбитальными скоростями и работы военных подсистем, и «Шага IIB», целью которого было создание промежуточной действующей системы, способной к выполнению орбитальной разведки и инспекции спутников. Полностью рабочая система оружия стала целью «Шага III» (Dyna-MOWS - Manned Orbital Weapons System).
    26 апреля 1961, ведомство Dyna-Soar выпустило предварительный план летных испытаний: 20 воздушных запусков последуют начиная с января 1964 г., два пуска беспилотных аппаратов состоятся начиная с августа 1964 г., а первый из 12 пилотируемых суборбитальных полетов состоится в апреле 1965 г. с помощью модифицированной ракеты «Титан II». В первых пилотируемых полетах, как ожидалось, будут достигнуты скорости от 11.000 до 15.000 миль/час. План также детализировал последующие испытания, включая одновитковый орбитальный полет с Мыса Канаверал до Эдвардса в апреле 1966 г. Появление промежуточного действующего аппарата, способного к выполнению разведки, инспекции спутников, снабжению станций и бомбардировочным полетам ожидалось к октябрю 1967 г. На орбите
    Полностью рабочая система, оснащенная управляемыми ракетами классов «Космос-Земля» и «Космос-Космос», могла появиться в конце 1971 г. Весьма скоро после выпуска этого плана финансовые ограничения вынудили объединить цели «Шага I» и «Шага IIA», хотя фактический план летных испытаний не изменялся.
    Однако 19 мая 1961 г. Отдел космических систем ВВС (SSD) объявил собственную пилотируемую программу SATELLITE INSPECTOR (Спутник-Инспектор), сокращенно SAINT (Святой). Предложенный двухместный демонстратор SAINT II имел концепцию аппарата с несущим корпусом и был развитием беспилотного аппарата SAINT I, находящегося в разработке SSD. (Беспилотный SAINT I был отменен в середине 1961 перед первым полетом). SAINT I представлял собой орбитальную систему, способную идентифицировать и уничтожать спутники на околоземной орбите. Предложение по SAINT II включало пилотируемый аппарат, способный к выполнению задач высокоточного сближения на орбите, и снабжения в космосе. Лежащий в основе концепции аппарат с несущим корпусом был способен маневрировать при входе в атмосферу для выполнить захода на посадку в заранее определенном месте. SAINT II должен был запускаться при помощи РН «Титан II» с новой верхней ступенью, названной Shariot (Колесница) и работающей на высокоэнергетическом топливе «жидкий фтор - гидразин». Были запланированы двенадцать пилотируемых орбитальных полетов, начинающихся беспилотным полетом в начале 1964 г. и первым пилотируемым полетом в конце того же года. SAINT II должен был иметь возможность маневрирования как на низких околоземных, так и высоких орбитах.
    Должностные лица из SSD назвали несколько причин, по которым начальный вариант ракетоплана Dyna-Soar I не мог выполнять миссии, предназначенные для SAINT II, главным образом из-за ограничений по полезному грузу и неспособности работать на высоких околоземных орбитах. Устанавливалось также, что скорость входа в атмосферу аппарата Dyna-Soar не могла быть увеличена значительно из-за температурных ограничений материала, из которого изготавливался силовой набор аппарата, а адаптация к конфигурации абляционной теплозащиты исключалась. Оценочная стоимость программы SAINT II ($ 413.8 млн.долл. на 1962-1965 финансовые годы) позволяла рассматривать ее в качестве серьезного соперника Dyna-Soar в борьбе за финансирование. На орбите
    К лету 1961, группа Boeing-Vought достигла значительного прогресса в укреплении базовой концепции планера начального варианта аппарата Dyna-Soar I. Продвигались исследования конфигурации в аэродинамических трубах, различные отделения фирмы Boeing проводили многочисленные испытания материалов и подсистем. К этому моменту носовой колпак (носовая законцовка) фюзеляжа из экзотического материала графит-цирконий был заменен керамическим теплоизолирующим покрытием из колубмия (ниобия). Основная теплозащита аппарата состояла из «водяной стенки», которая использовала скрытую теплоту испарения для рассеивания тепла между внутренними и внешними оболочками. Эти оболочки были изготовлены либо из суперсплава Rene-41, либо из молибдена и/или ниобия в зависимости от их расположения на аппарате. Внутренняя защита обеспечивалась двумя новыми изоляционными материалами, называемыми Dyna-Flex или Micro-Quartz, в первом приближении напоминающими толстую стекловолоконную изоляцию, но способными обеспечить намного лучшую защиту. Dyna-Flex также известен под названием Cerrachrome (Церрахром), в то время как Micro-Quartz - под названием Q-Fiber Felt (стекловолоконный войлок Q). Оба представляют собой прошитый волоконный материал, который сейчас продолжает использоваться в ряде высокотемпературных приложений.
    Полноразмерный макет в Сиэтлском подразделении фирмы Boeing был рассмотрен ВВС и NASA 11 сентября 1961 г. Конструкция с двойными стенками и водяным охлаждением была заменена на простую «горячую конструкцию» вскоре после проведения этого осмотра. Поскольку масса планера Dyna-Soar увеличивалась, РН «Титан-II» должна была уступить дорогу «Титану III», а в конце-концов «Титану IIIC», который включал два больших твердотопливных стартовых ускорителя. Была даже мысль о более позднем использовании в программе РН «Сатурна IB».Типичная миссия X-20
    Типичный одновитковый полет предусматривал следующее: Dyna-Soar стартует с помощью РН «Титан-IIIC» со стартового комплекса №40 на мысе Канаверал, достигнув орбиты через 9,7 минут после запуска на высоте 320,000 футов (97,6 км) и скорости 16,670 миль/час (24,450 фут/сек или 7457 м/с). Аппарат Dyna-Soar остается на орбитальной высоте, выполняя полет на дальность приблизительно 12,000 миль, начиная возврат на Землю приблизительно на дальности 13,000 миль. Возвращение в атмосферу проходит примерно через 2,000 миль при скорости 16,000 миль/час. Аппарат совершает посадку на Авиабазе Эдвардс через 107 минут после запуска, приближаясь к ВПП при скорости 250 миль/час. Посадка происходит при скорости 175 миль/час, посадочная дистанция 2.750 футов (839 м).
    Также во время работы макетной комиссии ВВС направили фирме Boeing требование об оснащении аппарат системами для полета по многовитковой орбите в противоположность одиновитковому полету. Это требовало установки более сложной системы наведения, а также ТДУ для сход с орбиты. Ранее одновитковое полетное задание Dyna-Soar не требовало использование ТДУ, благодаря чему, в значительной степени профиль полета был просто баллистической траекторией полета вокруг Земли. Были исследованы два различных вариант ТДУ: в соответствии с первым двигатель малой тяги устанавливался в переходнике в хвостовой части планера,  по другой к РН «Титан-III» присоединялась новая (четвертая) ступень в двигателями тягой 16,000 фунтов (7258 кгс), создавая «Титан IIIC». Эта четвертая ступень могла использоваться для точного выведения на орбиту, а затем оставаться присоединенной к планеру и включаться повторно, чтобы обеспечить сход с орбиты. Правильная размерность ступени могла обеспечить в будущем доступ к высоким околоземным орбитам. Этот последний метод был впоследствии выбран для рабочих вариантов аппарата Dyna-Soar.
Вход X-20 в атмосферу     С этого момента планер Dyna-Soar имел длину 35,3 футов (10,77 м) и имел дельтавидное крыло с большой стреловидностью по передней кромке размахом примерно 20.4 футов (6,22 м) и площадью примерно 345 квадратных футов (32,1 кв.м). Аэродинамическое управление аппаратом обеспечивалось стандартными элевонами на задней кромке крыла, которые приводились в действие гидравликой и могли обеспечивать управление как по крену, так и по тангажу. Для управления полетом должна была использоваться адаптивная система управления Honeywell MH-96, идентичная той, который позже привела к аварии третьего самолета X-15. К этому моменту планер имел «пустую» массу 10,830 фунтов (4912 кг) и полностью укомплектованную 11,390 фунтов (5167 кг).
    Пилот располагался в кресле, которое могло катапультироваться с помощью РДТТ и обеспечивало безопасное катапультирование только при дозвуковых скоростях. Планер Dyna-Soar управлялся стандартными рулевыми педалями и боковой ручкой управления. Кабина экипажа была оснащена боковыми окнами и ветровым стеклом, которые были защищены при входе в атмосферу теплозащитным экраном, который сбрасывался только перед посадкой. Полезный груз массой до 1,000 фунтов (454 кг) можно было поместить в отсек емкостью 75 куб. футов (2,13 м3) сразу за кабиной пилота. Трехопорное посадочное шасси состояло из трех убираемых стоек, оснащенных адаптируемыми полозьями. Посадка могла быть совершена на поверхности высохших соляных озер подобно самолету X-15.
  29 сентября 1961 ВВС США предоставили три контракта на ускоренное развитие Dyna-soar: Boeing Co. на создание планера и его систем, Radio Corp. of America на устройства связи и телеметрии и Minneapolis-Honeywell Regulator Co. на системы управления. В октябре 1961 г. Конгресс дополнительно выделил $ 85.8 миллионов на программу DynaSoar.
    19 сентября 1962 ВВС США в группу Dyna-Soar были отобраны 6 летчиков, включая капитана Альберта Крю, майора Генри Гордона, капитана Уильяма Й.Найта, майора Рассела Роджерса, майора Джеймса Вуда и летчика - испытателя NASA Милтон О.Томпсона.

Источники информации:

  1. X-20 Dyna Soar, США / К десятилетию полета Бурана... / - с любезного разрешения В.П.Лукашевича
  2. «Энциклопедия астронавтики» М.Уэйда
  3. Boeing history

Рейтинг@Mail.ru Топ-100