X-20 Dyna-Soar
Космический самолет
4 октября 1957 г. Советский Союз вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли «Спутник-1». Западные правительства были в глубоком шоке, и меньше чем через неделю ВВС США объединили проекты Brass Bell, RoBo и HYWARDS в единую программу разработки, насчитывающую три стадии и названную Dyna-Soar (от Dynamic Soaring -
Разгон и Планирование), в соответствии с методикой повторного входа в атмосферу Эугена
Зенгера).
Конференция, называемая в NASA Комитетом по Управлению Гиперзвуковыми Исследованиями, открытая 15 октября 1957 г. в Аэронавигационной Лаборатории НИЦ имени Эймса, определила направление работ по проекту Dyna-Soar, и предложила три различных подхода к пилотируемому космическому полету. Меньшая часть, во главе с Maxime Faget, приводила доводы в пользу чисто баллистического тела затупленной формы для входа в атмоферу,
какими по существу стали позже капсулы космический кораблей «Меркурий» и «Джемини». Другая меньшая часть одобрила подход
«несущий корпус», тела затупленной формы, приспособленное ко входу в атмосферу и имеющее умеренное аэродинамическое качество, которой позволяло ему совершать ограниченные маневры во время входа в атмосферу. (Интересно отметить, что более поздние проекты
спускаемых аппаратов NASA имели в действительности даже несколько большее аэродинамическое качество. Фактически, Аполлон имел коэффициент отношения подъемной силы к сопротивлению Cx/Cy порядка 0,8:1 и конкурировал с некоторыми из ранее предложенных
«несущих корпусов» в способности бокового маневра при входе в атмосферу, хотя никогда этим не пользовался). Оставшаяся часть конференции одобрила концепцию гиперзвукового планера с плоской нижней частью.
21 декабря 1957 г. Командование научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Военно-Воздушных сил (ВВС) выпустило Директиву
№ 464L для «Первого шага» разработки системы Dyna-Soar, небольшого одноместного гиперзвукового
ракетоплана - демонстратора концепции. Это был чисто военный проект, аналогично советским «Спирали»
и Ту-136.
Цели первого шага в разработке системы Dyna-Soar состояли в том, чтобы построить аппарат для получения данных о режимах полета, значительно превышающих режимы полета самолета
X-15, при этом также получить средство, с помощью которого возможно было бы оценить возможности различных подсистем с военной точки зрения. Ожидалось получение скорости 12,250 миль/час и высоты 170,000 футов (51,9 км), используя стартовый ускоритель, выбранный для HYWARDS. Второй шаг включал бы достижение тех же целей, что и более ранняя программа Brass Bell. Двухступенчатый стартовый ускоритель разгонял бы аппарат до скорости 15,000 миль/час на высоте 350,000 футов (106,8 км), допуская при этом планирование на дальность 5,750 миль. Система должна была быть способна производить высококачественное фотографирование и радиолокационную разведку. Кроме того, она должна была способна выполнять ограниченные полеты с целью бомбардировки. Аппарат последнего,
«Третьего Шага», включал большинство возможностей, предварительно предусматриваемых для RoBo. Однако имелся ввиду более сложный аппарат, способный к орбитальному полету при выполнении стратегической разведки и бомбардировочных полетов.
К 25 января 1958 г. ВВС имели список из 111 потенциальных участников конкурса на концептуальный демонстратор.
10 компаний были выбраны, чтобы получить заявки на предложения, включая
Bell, Boeing, Chance Vought, Convair, Douglas, General Electric,
Lockheed, Martin Marietta, North American, и Western Electric. Позже, дополнительно к списку были добавлены три крупных аэрокосмических подрядчика,
McDonnell, Northrop и Republic, хотя в результате объединения нескольких фирм в группы было фактически получено только девять предложений, которые могли конкурировать за получение контракта на научные исследования.
Различные предложения были представлены на рассмотрение комитету по выбору предложений в марте 1958 г., и представлены два основных подхода к выполнению первого орбитального полета. Первая концепция, получившая название
«Сателлоид», использовала планер, летящий при скорости 17,400 миль/час на высоте 400,000 футов (122 км), имея
глобальную дальность, как у спутника. Второй подход использовал планер, имеющий несколько больший коэффициент Cx/Cy, который мог облетать Землю, используя модифицированный вариант концепции Зенгера после того, как поднимался на высоту не более 300,000 футов (91,5 км).
Три подрядчика предложили первый подход: фирма Republic предлагала планер с дельтавидным крылом массой 16,000 фунтов (7258 кг), разгоняемый с помощью трехступенчатого твердотопливного стартового ускорителя и способный нести на борту одну большую ракету класса
«Космос-Земля». Фирма Lockheed предложила планер аналогичной конструкции массой 5,000 фунтов (2268 кг), но предложенный ей носитель
«Атлас» не давал возможность достичь аппарату глобальной дальности полета. Фирма North American рассчитала двухместную концепцию, названную X-15B, представляющую собой самолет с дельтавидным крылом, оснащенный уникальным жидкостным полутораступенчатым стартовым ускорителем с одноразовым баком, в чем прослеживается связь с космический кораблем типа Space Shuttle.
Другие 6 подрядчиков выбрали планер с высоким коэффициентом Cx/Cy. Фирма Convair предложила планер с дельтавидным крылом массой 11,300 фунтов (5126 кг), включающий воздушно-реактивные двигатели для посадки,
причем стартовый ускоритель не предусматривался (хотя Convair был основным подрядчиком МБР
«Атлас», предложенным в качестве носителя другими конкурентами.
«Атлас» вскоре стал постепенно сниматься с вооружения как МБР, но был широко использован в проекте
«Меркурий», и продолжает оставаться важным носителем для запусков в космос и в 1990-е годы). Проект фирмы Douglas использовал планер массой 13,000 фунтов (5897 кг) со стреловидным крылом, стартующий с помощью трех модифицированных ступеней МБР Minuteman, работающих параллельно. Добавление второй ступени позволяло бы аппарату достигнуть орбиты, но первоначально планер не имел соответствующих систем жизнеобеспечения для длительного орбитального полета. Фирма McDonnell предложила подобный проект со стреловидным крылом, но выбрала для старта модифицированную МБР
«Атлас». Фирма Northrop предложила планер массой 14,200 фунтов (6441 кг), запускаемый гибридным ускорителем, использующим твердое горючее и жидкий окислитель. Группа Bell-Martin разработала планер массой 13,300 фунтов (6033 кг) с дельтавидным крылом и экипажем из двух человек. Аппарат должен был использовать модифицированную МБР
«Титан» в качестве ракеты-носителя. Фирмы Boeing и Vought, собравшись с силами, предложили совместно небольшой планер массой 6,500 фунтов (2948 кг) с дельтавидным крылом, использующий связку двигателей МБР Minuteman в качестве стартового ускорителя. Планер группы Boeing-Vought был способен нести полезный груз в 500 фунтов (227 кг), который включал пилота в высотном скафандре и фактически оставлял слишком мало места для чего-нибудь еще.
В то время как начальный конкурс среди подрядчиков продолжался, ВВC и NASA заключили соглашение, очерчивающее участие NASA в программе Dyna-Soar. Соглашение было подписано 14 ноября 1958 г. и устанавливало, что NASA обеспечит
«... технический совет и помощь...», в то время как ВВС обеспечивали бы финансирование, управление и менеджмент программы. Технический совет фактически начал работу прежде, чем в марте 1958 г. начал действовать исходный выборный совет. Джон Бекериз НИЦ имени Langley рекомендовал забраковать концепцию с высоким коэффициентом Cx/Cy, включающую конструктивно сложный охлаждаемый водой планер, рекомендованный ранее в проекте HYWARDS. Вместо этого он предложил небольшой планер, относительно простой, с радиационным охлаждением, имеющий коэффициент Cx/Cy на сверхзвуке, равный 2.0, увеличивающийся на дозвуковой скорости до 5,0. Такой аппарат, по мнению Бекера, мог быть заказан быстрее и с меньшим техническим риском, а также значительно ослаблял проблему выбора стартового ускорителя необходимой тяги. Основной аппарат мог служить одинаково также в качестве продвинутого прототипа
ракетоплана, а также в качестве перспективной системы оружия и маневренной космической системы для входа в атмосферу и посадки.
Предложенный в 1959 г. группой Bell-Martin аппарат Dyna-Soar использовало модифицированную МБР
«Титан» в качестве стартового ускорителя. К первой ступени добавлены крылья размахом 40 футов (12,2 м) для того, чтобы помочь в противодействии подъемной силе, вырабатываемой крылом планера. Планер Dyna-Soar был непосредственно перенесен в аппарат, который даст победу группе Boeing-Vought .
Из всех подрядчиков только группа Boeing-Vought и Bell-Martin фактически сделала попытку разработки действительно орбитального космического аппарата, в то время как другие предусматривали создание некоего гиперзвукового исследовательского аппарата, который мог быть в конечном счете превращен в орбитальный аппарат. Не поддерживая такой промежуточный подход, Военно-Воздушные силы выбрали 16 июня 1958 г. группы Boeing-Vought и Bell-Martin, чтобы предпринять более детальные исследования. Так уж получилось, что только группа Boeing-Vought предложила малый аппарат, прямо соответствующий концепции, предложенной Бекером. Проект этой группы, однако, содержал несколько дефектов, главным образом в части аэродинамики проекта, которые ухудшали вход в атмосферу в части нагрева конструкции. Группа Bell-Boeing использовала более высокое отношение Cx/Cy со среднерасположенным крылом, которое также имело серьезные проблемы с нагревом, но исходная выборная комиссия, рассматривая опыт фирмы Bell по проектированию горячий конструкции в ранних проектах BoMi и Системы 118P, сочла риск вполне преодолимым. Обе группы были впоследствии проинформированы Бекером и другими специалистами NASA по поводу результатов различного исследований НИЦ NASA имени Langley и Ames.
Оригинальный проект Dyna-Soar, предложенный группой Boeing-Vought, имел один большой вертикальный стабилизатор и два наклонным стабилизатора (подфюзеляжных киля), доходящих своими концами примерно до полуразмаха каждой консоли крыла. Эта концепция в течении
разработки претерпела значительные изменения.
С учетом ожидаемых ограничений финансирования, объединенное ведомство по проекту Dyna-Soar выпустило предварительный план работ, который вытеснил собой
«трехшаговый» подход, одобренный в октябре 1957 г. Теперь программа состояла из двух фаз, первая из которых должна был оценить аэродинамические характеристики, эффективность присутствия на борту пилота и работу подсистем военного испытательного аппарата. Для достижения этих целей группы Boeing-Vought и Bell-Martin рассматривали Dyna-Soar как пилотируемый планер с большой стреловидностью крыла по передней кромке. Масса планера колебалась между 7,000 и 13,000 фунтами (3175-5897 кг), скорость составляла 17,000 миль/час на высоте 300,000 футов (91,5 км). Проектное ведомство настаивало на использовании связки твердотопливных ступеней МБР Minuteman в качестве стартового ускорителя для аппарата. При принятии предварительного плана разработки, утвержденного в марте 1959 г, ведомство полагало, что испытания аппарата со сбросом с самолета и планированием могли начинаться в январе 1962 г., продолжиться пилотируемыми суборбитальными испытательными полетами с июля 1962 г. и выполнением полностью орбитального полета в октябре 1963 г. Исследования системы оружия будут проводиться одновременно с разработкой аппарата, с обеспечением начальной боеготовности вооруженного аппарата Dyna-Soar II в конце 1967 г. Ожидалось, что Dyna-Soar II может использоваться для разведки, противовоздушной и противокосмической обороны и выполнения бомбардировочных миссий. Возможные системы оружия, предусматриваемые для аппарата Dyna-Soar II, включали управляемые ракеты класса
«Космос-Космос», «Космос-Воздух» и «Космос-Земля», а также обычные бомбы.
23 апреля 1959 г. Директор по научным исследованиям и технике Министерства Обороны доктор Х.Ф.Йорк
объявил новые цели для аппарата Dyna-Soar I. Теперь аппарат должен был обеспечить до-орбитальные исследование в гиперзвуковом полете при скоростях до 15,000 миль/час. Никаких новых стартовых ускорителей разрабатывать не предполагалось. Вместо этого
ракетоплан должен был быть запущен с помощью существующих носителей, принадлежащих ВВС или NASA. Вторичными целями на данном этапе финансирования должны были стать испытание различных военных подсистем и достижение орбитальных скоростей. Не удивительно, что ВВС не одобряли такой подход. Это противоречило тому, что
закладывалось в программу Dyna-Soar, и вело к искажениям программы и ее возможной смерти.
29 октября 1959 г. был выпущен еще один обзор требований к системе Dyna-Soar, и снова департамент Космоса ВВС выразил потребность в орбитальном аппарате с военными возможностями. 1 ноября проектное ведомство завершил другой план разработки, возвратившись к
«трехшаговому» подходу. Первый шаг - пилотируемый планер массой от 6,570 до 9,410 фунтов (2980-4268 кг), который будет запущен по суборбитальной траектории с помощью модифицированного носителя Титан I. Второй шаг - использование более мощного ускорителя, чтобы достигнуть орбитальных скоростей и выполнять ограниченные военные работы. Третий шаг - создание полномасштабной орбитальной системы оружия, используя носитель Титан III. Теперь ожидалось, что первое из 19 испытаний со сбросом аппарата с самолета-носителя будет проведено в апреле 1962 г. На июль 1963 намечалось проведение первого беспилотного суборбитального полета. Восемь пилотируемых суборбитальных полетов планировались провести начиная с мая 1964, на что предполагалось потратить $493,6 миллионов, включая издержки разработки Dyna-Soar. Первый пилотируемый орбитальный полет как Второй шаг программы, мог быть выполнен в августе 1965 г. со стартового комплекса
№40 станции ВВС Мыс Канаверал во Флориде. Этот план был одобрен Комитетом Систем Оружия ВВС 2 ноября 1959 г.
Группа Boeing-Vought была объявлена победителем конкурса на проект Dyna-Soar 9 ноября 1959 г. (Участие фирмы Vought в проекте в конечном счете свелось к разработке и изготовлению высокотемпературного носового закругления (наконечника). Позже эта работа дала фирме Vought возможность выжить, когда потребовалось разработать высокотемпературные законцовки носовой части и передней кромки крыла из материала
«углерод-углерод» для корабля Space Shuttle.) Контрактом AF33 (600) -39831 был подписан 11 декабря 1959 г. Фирма Martin Marietta получила контракт на разработку варианта носителя Титан, приспособленного для выполнения пилотируемого полета. Dyna-Soar был официально обозначенная в ВВС как Система 620A 17 ноября 1959 г. Впоследствии, 27 апреля 1960 г., Военно-Воздушные силы заказали десять
«серийных» аппаратов Dyna-Soar и присвоили им серийные номера ВВС от 61-2374 до 61-2383. Программа закупок запрашивала поставку двух аппаратов в течение 1965 г., четырех - в 1966 г., и двух в 1967 г. Два корпуса других аппаратов должны были использоваться для статических испытаний и беспилотных испытаний со сбросом с самолета-носителя, которые наиболее вероятно предполагалось завершить в 1965 г. 6 декабря 1960 г. было объявлено о заключении двух дополнительных контрактов: один с фирмой Honeywell для разработки основных бортовых системы и один с фирмой RCA десятью днями позже для разработки систем связи и передачи данных.
В 1959 летчиками-испытателями Джеком Маккеем и Нейлом Армстронгом были
выполнены ряд полетов на истребителях JF-102A и F-5D для отработки маневрирования и посадки посадки по программе Dyna-soar.
Источники информации:
- X-20 Dyna Soar, США / К десятилетию полета Бурана... / - с любезного разрешения В.П.Лукашевича
- «Энциклопедия астронавтики» М.Уэйда
- Boeing history