Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США

Модель Х-23А

В ходе дальнейшего развития программы START ВВС, оценив успехи NASA по проекту М2, сосредоточили свои усилия на изучении аэродинамических характеристик и условий полета моделей ВКС с несущим корпусом.

По оценкам военных специалистов, трансатмосферные аппараты данного типа могли применяться для решения широкого спектра задач, например, в сочетании с ракетным блоком или самолетом-разгонщиком для проведения разведывательных и ударных операций, в том числе и в пилотируемом режиме. А возможности маневрирования при сходе с орбиты и планирующий полет в атмосфере делают такие аппараты весьма привлекательным средством оперативного и относительно дешевого возвращения на Землю фотоматериалов с борта разведывательных спутников (широко применяющиеся в этих целях баллистические капсулы требуют весьма дорогостоящих поисково-спасательных работ, причем в весьма ограниченные сроки).

Проект PRIME («Precision Recovery Including Maneuvering Entry» — «Маневренный спуск для посадки в заданном районе»), ставший вторым этапом программы START, предусматривал разработку и осуществление запусков на суборбитальные траектории четырех беспилотных моделей Х-23А. Основной задачей проекта являлась оценка маневренности аппаратов с несущим корпусом при гипер- и сверхзвуковом (до М = 2) режимах полета, испытания новых теплозащитных покрытий, элементов системы управления и прочее.

Головным подрядчиком по проекту в 1964 г. была выбрана компания Martin, в течение нескольких лет проектировавшая подобные ВКС для различного применения.

По своей аэродинамической схеме аппараты Х-23А относятся к моделям семейства SV-5 («Space Vehicle» — «Космический аппарат»), конфигурация которых была обсчитана и предложена компанией Martin. В плане эти аппараты имеют треугольную форму с углом стреловидности 77°. Нижняя поверхность плоская, что важно при гиперзвуковом полете; носовая часть несколько выгнута вверх для продольной устойчивости при сверхзвуковом обтекании. Необычной является и выпуклая верхняя поверхность корпуса, с изломом образующая двускатную хвостовую часть с двумя вертикальными килями (подобные обводы обеспечивают приемлемые летные характеристики при дозвуковом планировании и посадке). Теоретическое значение аэродинамического качества подобных аппаратов на дозвуковых скоростях достигает 4,5, а при гиперзвуковом режиме до 1,4. Для аппарата Х-23А, имевшего фирменное обозначение SV-5D, последний показатель составил 1,2—1,3.

Аппарат Х-23А, масса которого составляла 403 кг, длина — 2,1м, а ширина— 1,2 м, качественно отличался от моделей Asset как по задачам испытаний, так и в конструктивном отношении. Так, например, использование на моделях Х-23А абляционных теплозащитных покрытий позволило изготовить силовые элементы из обычных алюминиевых сплавов и нержавеющей стали.

Для маневрирования в ходе суборбитального полета в хвостовой части изделия размещались два управляющих щитка с гидроприводами. Кроме того, в основании каждого киля устанавливалось по три реактивных двигателя, работавших на газообразном азоте. Расчетная дальность бокового маневра для аппаратов Х-23А оценивалась в 1100—1280 км.

Достаточно тяжелый хвостовой отсек потребовал максимального смещения бортового оборудования к носку изделия (для облегчения монтажа и работ с приборами корпус передней части был выполнен как съемный элемент конструкции). Однако, несмотря на все усилия разработчиков, в носке пришлось установить балласт массой 40,8 кг. Тем не менее плотность компоновки бортовых систем достигла 574 кг/м3, а коэффициент использования-полезного объема составил 0,62.

Несмотря на сложные обводы, модель характеризуется достаточно низким значением отношения площади внешней поверхности (5,47 м2) к общему объему (0,7 м3). Данный параметр оптимизировался еще на стадии проектирования изделия с целью уменьшения массы теплозащитных покрытий.

На аппарате Х-23А, внешняя обшивка которого допускала нагрев до 204 °С, использовались абляционные материалы. Носок модели изготавливался литьем из углерод-фенольного композита FM-5065. Максимальная толщина носового конуса достигала 8,9 см в точке полного торможения потока, минимальная составляла 2,5 см.

Такой же материал наносился и на нижнюю поверхность подфюзеляжных щитков. Требования по профилю этих элементов ограничивали толщину накладок, поэтому щитки размером 30,5x30,5 см изготавливались из бериллиевых заготовок толщиной 1,2 см. Термостойкость этого металла (427 °С) позволила снизить толщину теплозащиты до 4,2 см. Верхняя поверхность этих щитков была покрыта эластомерным силиконовым композитом ESA-3560HF.

Последний материал, также использовавшийся на передней части фюзеляжа и боковых сторонах вертикальных килей, представлял собой гибкую сотовую основу из стекловолокна, которая заполнялась силиконовой резиной с нейлоновыми и кремниевыми нитями, задерживающими унос материала при обугливании. Наличие гибкой основы предотвращало образование трещин и разрывов при различных деформациях, например при воздействии низких температур в ходе космического полета.

Вся хвостовая часть аппарата, включая передние кромки килей, покрывалась материалом ESA-5500, отличавшимся от предыдущего большей плотностью и жаростойкостью. Толщина слоя данного теплозащитного покрытия изменялась от 2 до 7 см.

Массовая сводка по теплозащите с указанием в скобках массы самих элементов конструкции была такой:

— носок — 13,5 кг;

— корпус — 72,9 кг (56,6 кг);

— щитки — 18,1 кг (7,9 кг);

— кили — 5 кг (3 кг).

Итого: 109,5 кг (67,5 кг).

Таким образом, общая масса теплозащитных покрытий и конструкции аппарата Х-23А(177кг) составила 44% от стартовой массы изделия, что было признано значительным успехом компании «Martin».

Запуски аппаратов Х-2ЗА осуществлялись ракетами «Атлас» с территории базы Ванденберг в направлении полигона Кваджалейн. Достигнув высоты 170—180 км, ракета выполняла «горку» для сообщения изделию скорости 7,7 км/с, практически соответствующей скорости схода с орбиты. Затем происходил сброс головного обтекателя и отделение модели, которая начинала выполнять запланированные маневры в автоматическом режиме. После выхода аппарата из зоны плазменного обтекания и восстановления радиосвязи управление полетом осуществлялось наземными службами, размещенными на атолле Кваджалейн.

На высоте около 30 км и при скорости М=2 подавалась команда на развертывание парашютной системы. Сначала выбрасывался тормозной шар-баллон, после стабилизации изделия раскрывался основной купол диаметром 14,3 м. Общая продолжительность полета составляла около 30 мин.

Для спасения аппарата Х-23А использовался самолет С-130, который в воздухе должен был произвести захват изделия за развернутую над парашютом нейлоновую сеть. Запасным вариантом являлось использование надувных баллонов, которые обеспечивали плавучесть модели до прибытия поисковых кораблей.

При первом запуске (21 декабря 1966 г.) проводилась оценка работоспособности бортовых систем аппарата Х-2ЗА, поэтому маневры в полете не проводились. Отделившись от ракеты, модель совершила планирующий спуск в заданный район полигона, однако из-за отказа парашютной системы она затонула в океане. Анализ телеметрической информации показал, что основная часть полета проходила в штатном режиме.

В ходе второго старта (5 марта 1967 г.) модель выполнила активные маневры, позволившие ей удалиться от исходной траектории сначала в одну сторону, а затем в другую на расстояние до 1052 км, то есть были продемонстрированы возможности полета в коридоре шириной свыше 2100 км. Однако нештатное раскрытие парашюта вновь не позволило произвести захват аппарата в воздухе. Кроме того, при приводнении возникли нерасчетные перегрузки и из-за оторвавшегося надувного баллона изделие утонуло.

^{Аппарат Х-23А, спасенный после космического полета. Использование термокраски показывает распределение тепловых потоков по корпусу}

Результаты трех осуществленных полетов позволили в полной мере решить поставленные перед проектом PRIME задачи. Поэтому ВВС сочли возможным отказаться от запуска четвертой модели аппарата Х-23А. В итоге общие затраты на программу составили 35 млн долл.

<<<Назад Страница 38 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz