Английский воздушно-космический аппарат ХОТОЛ

В середине 80-х годов английскими фирмами «Бритиш аэроспейс» и «Роллс-Ройс» была выдвинута концепция создания нового средства выведения полезных нагрузок на низкие околоземные орбиты — одноступенчатого беспилотного воздушно-космического летательного аппарата ХОТОЛ многоразового использования. В названии аппарата (HOTOL — Horizontal Take-off and Lanning — горизонтальный взлет и посадка) заключается его принципиальное отличие от традиционных вертикально стартующих средств выведения полезных нагрузок в космос.

Согласно сообщениям западной прессы, концепция аппарата ХОТОЛ стала возможной благодаря достигнутым фирмой «Роллс-Ройс» успешным результатам в разработке его основного конструктивного элемента — комбинированной двигательной установки, сочетающей в себе воздушно-реактивный и жидкостный ракетный двигатели. При полете аппарата в атмосфере она будет использовать кислород воздуха, сжижаемый в специальном теплообменнике и подаваемый затем в камеру сгорания. Отмечается также, что на этой концепции английские специалисты остановились после тщательного анализа более чем 30 различных конструктивных вариантов существующих и перспективных средств выведения по критерию «стоимость/эффективность», полагая, что основная доля затрат придется на разработку более дорогостоящей по сравнению с ЖРД комбинированной двигательной установки. В то же время считается, что целевая задача проекта — создание автоматического аппарата, предназначенного лишь для выполнения операций по доставке на низкие околоземные орбиты спутников массой 7-11 т, позволит избежать затрат на решение в ходе разработки и эксплуатации ряда сложных и дорогостоящих технических проблем (например, обеспечение безопасности экипажа, строительство стартовых и ремонтно-восстановительных комплексов и т.д.).

Судя по заявлениям представителей фирмы «Бритиш аэроспейс», целью проекта является не создание относительно дешевого средства выведения ИСЗ, а снижение стоимости этого процесса за счет эксплуатационных характеристик аппарата самолетного типа. К ним, в частности, относится возможность взлета с обычных взлетно-посадочных полос (ВПП), что устраняет ограничения, связанные с привязанностью традиционных средств выведения к местоположению стартовых комплексов, и позволяет осуществлять взлет аппарата в непосредственной близости от места изготовления полезной нагрузки, сократив затраты на ее транспортировку и проверки. В случае же отсутствия необходимости срочного запуска спутника, его установка в грузовой отсек аппарата ХОТОЛ может осуществляться непосредственно на заводе-изготовителе ИСЗ, после чего аппарат совершит перелет к месту старта (предположительно полигон Куру, французская Гвиана), где дозаправится жидким водородом, а затем осуществит вывод спутника на орбиту. Рассматривается также возможность запуска аппарата ХОТОЛ с самолета-носителя.

В качестве главного эксплуатационного преимущества аппарата отмечается высокая интенсивность его полетов: продолжительность межполетной подготовки достигнет 7 сут. Имеются также сообщения, что данный цикл может составить всего 2 сут, хотя, как считают английские специалисты, на начальном этапе эксплуатации ХОТОЛ в этом, вероятно, не будет необходимости. Согласно расчетам, на пассивацию систем аппарата и изъятие полезной нагрузки по завершении очередного полета потребуется около 8 ч, ровно сутки отводится на техническое обслуживание аппарата, замену отдельных элементов и проверки, а остальные 16 ч — на помещение в грузовой отсек полезной нагрузки, установку ХОТОЛ на разгонную тележку и заправку его криогенными компонентами топлива. Помимо малого времени подготовки к запуску, для нового аппарата характерны менее жесткие по сравнению с американским космическим кораблем «Шаттл» требования к условиям аварийного возвращения и посадки, а также большие возможности по боковому маневрированию.

Воздушно-космический аппарат ХОТОЛ (проект)

Согласно одному из вариантов, конструктивно аппарат ХОТОЛ представляет собой моноплан с заднерасположенным треугольным крылом, по форме и размерам напоминающий сверхзвуковой пассажирский самолет «Конкорд» совместного англо-французского производства. Длина аппарата 62 м, размах крыла 19,7 м, площадь крыла 173 м3, диаметр фюзеляжа в центральной части 5,7 м. В носовой части размещается оборудование системы управления, переднюю и центральную части занимает самый большой по длине конструктивный элемент — бак с жидким водородом. За ним, в хвостовой части, находятся верхнерасположенный грузовой отсек длиной 7,5 м и диаметром 4,6 м, небольшой бак с жидким кислородом и блок двигателей, включающий основную двигательную установку (три-четыре комбинированных двигателя) с находящимся в нижней части воздухозаборником, а также двигатели системы орбитального маневрирования.

На первых опубликованных в иностранной прессе схемах аппарат, помимо несущих консолей крыла, был оснащен двухкилевым V-образным хвостовым оперением и передними горизонтальными управляющими поверхностями, а за основу крыла была взята конструкция крыла самолета «Конкорд». В дальнейшем с целью увеличения подъемной силы крыло было модифицировано и для придания аппарату большей устойчивости смещено несколько ближе к хвостовой части аппарата, а в носовой установлен дополнительный вертикальный стабилизатор. На основании проведенных в феврале 1986 года испытаний 2-м модели аппарата в аэродинамической трубе (для условий полета на малых высотах и скоростях) был проведен ряд доработок конструкции. Специалисты отказались от хвостового V-образного оперения и переднерасположенных горизонтальных управляющих поверхностей, размеры носового вертикального стабилизатора были увеличены, а сам он отодвинут от носовой части. Полагают, что отношение полетной массы к площади крыла у аппарата ХОТОЛ будет намного меньше, чем у орбитальной ступени КК «Шаттл», а температура обшивки при входе и полете в плотных слоях атмосферы будет соответственно ниже и составит максимум 930°С. В силу этого металлическая опоясывающая теплозащита аппарата не будет требовать замены в отличие от плиточной, применяемой на орбитальной ступени корабля «Шаттл». На верхней части поверхности аппарата ХОТОЛ предполагается применить панели из титановых сплавов, на нижней — никелевых (размер панелей 0,3х0,9 м), а в носовой части и на кромках крыла — из композиционных материалов на основе углерода.

Внешний полукруглый воздухозаборник, расположенный в нижней хвостовой части аппарата, обеспечивает использование эффекта сжатия под крылом. Система орбитального маневрирования будет включать два-три ЖРД, работающих, как и основная двигательная установка, на жидком водороде и кислороде. В систему пространственной ориентации войдут 22 реактивных сопла, размещаемых в носовой и хвостовой частях фюзеляжа. Полагают, что тяговооруженность аппарата при взлете составит 0,78 (без учета тяги двигателей разгонной тележки), отношение массы полезной нагрузки к стартовой массе аппарата — 0,035. По заявлению специалистов фирмы «Бритиш аэроспейс», рабочий ресурс основной двигательной установки рассчитан на проведение 60 полетов аппарата, а планера — 120.

Схема типового полета аппарата ХОТОЛ на страницах зарубежной печати представляется следующим образом: горизонтальный взлет и полет с использованием аэродинамического качества до достижения скорости, соответствующей числу М — 5, и высоты 25 км; ракетный режим выхода на орбиту с отключением основной двигательной установки по достижении высоты 90 км и первой космической скорости; полет по баллистической траектории до высоты 300 км и далее по круговой орбите; сход с орбиты и планирующий полет в атмосфере с посадкой на ВПП.

Взлет аппарата будет осуществляться с ВПП при помощи отделяемой разгонной тележки. Применение последней продиктовано стремлением к максимальному сокращению взлетной массы аппарата, поскольку его пришлось бы оснащать значительно более мощным шасси по сравнению с выбранным, рассчитанным лишь для обеспечения посадки ХОТОЛ (с выработанным топливом) массой 40 т, то есть в 5 раз меньше взлетной (200 т). Посадочная масса будет составлять около 34 т. В случае возникновения аварийной ситуации перед посадкой предусматривается предварительный слив компонентов топлива.

Для взлета могут быть использованы аэродромные ВПП длиной 3090 м. Разгон аппарата будет производиться с ускорением 0,56 g и углом атаки 4°, а длина пробега тележки составит 2300 м. Отрыв аппарата от тележки должен происходить при скорости более 500 км ч, ускорение в момент отрыва составит 1,15 g, а коэффициент подъемной силы крыла — 0,75. Сообщается, что прямолинейное движение тележки по ВПП будет обеспечиваться с помощью лазерной системы наведения. После отрыва аппарата от тележки она тормозится, а для полной остановки предполагается использовать аэрофинишер. Первоначально не планировалось оснащать тележку собственной силовой установкой, в настоящее время такая возможность предусматривается. Кроме того, намечается установить на ней емкость с жидким водородом, который бы применялся в двигательной установке аппарата при разгоне до отрыва от тележки.

На начальном этапе полета в атмосфере ХОТОЛ набирает высоту и скорость под углом 24°, при этом двигательная установка работает с использованием кислорода воздуха. Через 2 мин после старта скорость аппарата должна составить М = 1, через 4,5-5 мин — М = 1,7 (высота 12 км, удаление от места старта 80 км). Спустя 9 мин после взлета (высота 25 км, скорость М = 5) аэродинамический участок траектории выведения заканчивается, подфюзеляжный воздухозаборник закрывается и двигательная установка начинает работать в режиме ЖРД с использованием жидкого кислорода из бортового бака. Согласно расчетам английских специалистов, на аэродинамическом участке полета расходуется около 34 т жидкого водорода, или 18 проц, взлетной массы аппарата. Выключение двигательной установки происходит при достижении первой космической скорости на высоте около 90 км. Далее аппарат будет совершать свободный полет по баллистической траектории с подъемом до высоты 300 км, после чего включением двух двигателей орбитального маневрирования осуществляется так называемое скругление траектории для перехода к полету по круговой орбите.

Номинальная продолжительность орбитального полета аппарата ХОТОЛ, в течение которого будут проводиться автоматические операции, связанные с выводом ИСЗ, составят менее 1 ч. Отделение ИСЗ после открытия створок грузового отсека предполагается производить с помощью пружинного толкателя. После выполнения задачи по выводу ИСЗ включатся двигатели орбитального маневрирования для схода аппарата с орбиты и посадки. Вход в плотные слои атмосферы (на высоте порядка 120 км) предусматривается с углом атаки около 80°, что вдвое больше, чем у орбитальной ступени КК «Шаттл». По мере уменьшения высоты аппарат начнет планирование на гиперзвуковой скорости с выполнением бокового маневра для снижения и выхода в район посадки. Считается, что благодаря большой дальности бокового маневра, составляющей 4-5 тыс. км, аппарат сможет совершать посадки в Европе (предположительно в Великобритании или во Франции).

На заключительном этапе планирующего полёта при выходе на глиссаду посадки снижение аппарата осуществляется под углом 16°. За 23-25 с до момента касания ВПП (скорость около 460 км ч) начинается выравнивание, занимающее примерно 9 с, а в последующие 14 с — снижение под углом 3°. Расчетная скорость в момент касания ВПП составляет 315-350 км/ч, длина пробега — около 1300 м.

Первые сведения о проекте ХОТОЛ появились в западной прессе в 1984 году и носили, как это нередко бывает, характер сенсационной «утечки» секретной информации. В частности, сообщалось о финансируемых правительством Великобритании долгосрочных планах создания фирмами «Бритиш аэроспейс» и «Роллс-Ройс» космического корабля с горизонтальными взлетом и посадкой многоразового использования, который предполагается применять в военных целях. Сообщение было тут же опровергнуто представителями английского министерства обороны и вышеуказанных фирм. Но уже через несколько месяцев проект аппарата как средства выведения спутников в космос был в кратком виде представлен на международной авиационной выставке в Фарнборо.

В середине 1985 года фирма «Бритиш аэроспейс» выдвинула английскому министерству торговли и промышленности предложение о выделении ассигнований на исследование осуществимости концепции аппарата ХОТОЛ, в феврале 1986-го инициативные работы фирм «Бритиш аэроспейс» и «Роллс-Ройс» получили поддержку правительства и созданного к тому времени Национального центра космических исследований Великобритании. В рекомендациях, разработанных центром, предлагается десятилетняя программа создания аппарата. После окончания работ по оценке осуществимости концепции (рассчитаны до ноября 1987 года) намечается начать двухгодичный этап исследований по окончательному определению конфигурации планера и далее — двухгодичный этап его начальной разработки. Одновременно (после ноября 1987 года) планируется приступить к четырехлетней демонстрационной программе возможности разработки комбинированной двигательной установки и параллельно с ней к шестилетней программе создания летного ее образца. С 1992 года предполагается начать этап непосредственного изготовления первого опытного образца аппарата. В 1996-1997 годах должны осуществиться 19 испытательных полетов ХОТОЛ, в том числе семь с выходом на орбиту. Ввод аппарата в оперативное использование планируется на 1998-2000 годы. По оценкам английских экспертов, расчетный срок эксплуатации аппаратов 20 лет. Суммарная масса полезных нагрузок, которую предусматривается вывести на орбиту в течение этих лет с помощью ХОТОЛ, составит 9000 т (1286 и 818 полетов при грузоподъемности соответственно 7 и 11 т). Полагают также, что по сравнению с кораблем «Шаттл» стоимость выведения полезных нагрузок будет значительно меньшей: на низкие околоземные орбиты — на 50%, стационарную на 80%, (для «Шаттл» стоимость равна 3000 и 30 000 долларов кг соответственно). Общая же стоимость выведения одного ИСЗ с помощью ХОТОЛ составит 1,1 млн. долларов. В то же время некоторые западные специалисты считают эти оценки слишком оптимистическими, полученными из предположения о длительной безотказной эксплуатации аппарата.

Судя по сообщениям иностранной печати, затраты на программу создания и эксплуатации аппаратов ХОТОЛ оцениваются в 6,3 млрд, долларов, из которых большая часть (около 4,9 млрд.) придется на разработку и изготовление летательного аппарата.

Специалисты фирмы «Бритиш аэроспейс» полагают, что в будущем возможно приспособление одного или нескольких аппаратов ХОТОЛ для транспортировки в автоматическом беспилотном режиме пассажиров на дальние расстояния либо для операций по доставке и возвращению с орбиты космонавтов. Их предполагается размещать в салоне (где может быть до 60 пассажиров) или автономных герметизированных капсулах, помещаемых в грузовом отсеке аппарата. Согласно расчетам полет из Лондона в Сидней (Австралия) займет около 1 ч, при этом он пройдет примерно над четвертью земного шара по баллистической траектории в условиях невесомости.

Вместе с тем отмечается, что четкие перспективы реализации проекта ХОТОЛ в настоящее время еще не определены. Считается, что они будут зависеть от отношения к нему Европейского космического агентства (ЕКА). В связи с этим английской стороной на различных уровнях, в том числе и на правительственном, предпринимаются усилия, направленные на включение данного проекта в разряд программ, финансируемых ЕКА. Кроме того, Великобритания заинтересована в положительной оценке проекта прежде всего со стороны Франции, для которой, как считают западные специалисты, аппарат ХОТОЛ в определенной степени представляет собой альтернативу перспективной французской космической системе «Ариан-5» — «Гермес».

Помимо прочих причин, сдержанное отношение ЕКА к проекту ХОТОЛ в зарубежной прессе объясняется недостаточностью информации о комбинированной двигательной установке аппарата, которая держится Великобританией в секрете. Как один из аргументов в пользу проекта, английские официальные лица приводят озабоченность возможной потерей Западной Европой конкурентоспособности в области перспективных воздушно-космических средств по отношению к США и Японии. В то же время в ряде их заявлений содержится угроза западноевропейским партнерам обратиться за финансовой поддержкой проекта к США, уже приступившим к исследованиям, связанным с созданием гиперзвуковых воздушно-космических летательных аппаратов. Сообщалось, в частности, что в начале 1986 года проект ХОТОЛ обсуждался с представителями американского Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства, с которым в будущем не исключается определенное сотрудничество.

В феврале того же года ЕКА выдало два запроса на предложения по созданию перспективной комбинированной двигательной установки, свидетельствующие, по оценке иностранной печати, об определенном интересе ЕКА к английскому проекту. Однако в связи с тем, что ЕКА планирует до 1990 года проводить лишь концептуальные исследования в области перспективных средств выведения полезных нагрузок в космос, английские специалисты опасаются, что начало реализации программы ХОТОЛ таким образом отодвинется по меньшей мере на три года, если но будут найдены альтернативные источники ее финансирования.

По мнению некоторых западных обозревателей, проект ХОТОЛ может представить интерес лишь при переориентировании на использование аппарата в военных целях. Это объясняется тем, что во многих областях техники решающий голос при открытии крупных программ исследований и разработок на Западе принадлежит милитаристским кругам. Показательным в этом отношении является и тот факт, что на авиационной выставке в Фарнборо фирма «Бритиш аэроспейс» на ряду с гражданским предназначением аппарата рекламировала его якобы большие потенциальные возможности как средства срочной доставки на орбиту военных спутников, обладающего высокой готовностью и живучестью. В иностранной прессе подчеркивается также, что ХОТОЛ сможет сыграть определенную роль в осуществлении так называемой евроСОИ, являющейся своего рода дополнением к американской программе «звездных войн», ярым сторонником которой в настоящее время выступает правительство Великобритании. Кроме того, высказывается мысль, будто проект ХОТОЛ обеспечит техническую базу для создания альтернативных систем оружия. Например, аппарат мог бы использоваться в качестве гиперзвукового межконтинентального бомбардировщика — носителя ядерного оружия.

Полковник В. Горенко
«Зарубежное военное-обозрение» №11 1987 г.

Послесловие от редакции PRETICH.ru

Данный проект был интересным, хоть и не оригинальным. Однако англичане столкнулись с достаточно серьезными проблемами уже на этапе проектирования. Все это в итоге начало выливаться в дополнительные непредвиденные расходы. В итоге проект был остановлен в 1989 году. Было потрачено много средств, а результат весьма скромный.

Алан Бонд главный конструктор проекта пытался поддерживать его всеми силами.

В конце 80-х годов правительство Великобритании окончательно прекратило финансирование этого проекта, и из него потом вышла компания Роллс-Ройс.

В связи с потеплением отношений с СССР, были проекты использовать советский самолет Ан-325 "Мрия" в качестве авиаматки. Здесь планировалось использовать менее амбициозный проект ХОТОЛ 2 (или Interim HOTOL) - упрощенный, промежуточный вариант, с обычными ракетными двигателями. В 1990 году Бритиш аэроспейс в инициативном порядке обратилась к советской стороне с таким предложением.

Однако до создания даже опытного экземпляра было очень далеко и денег на это не было, этот проект также потерпел крах.

Команда разработчиков и далее продолжала свою деятельность, время от времени «организуя утечки информации» - в надежде пробудить интерес, получить финансирование. Последнее такое «громкое» напоминание о себе произошло этак в 2004 году…

***