Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США

Программа NASP и ее развитие (Часть 4)

Сразу же после успешного испытания модели NASA выделило 20 млн долл. на подготовку к завершающему этапу программы.

Запуск последнего третьего аппарата Х-43А был произведен 16 ноября 2004 г. Сброс ракеты с моделью общей массой 19,5 т был осуществлен на высоте 12,2 км (для достижения максимальной скорости разгонная ступень снаряжалась штатным топливным зарядом). Через 32 с после запуска РДТТ ракета достигла высоты 16,5 км, развив скорость М=3, спустя еще 11с при скорости М = 4 на высоте 19,2 км была включена система охлаждения аппарата.

Разгонный блок «Пегас» прекратил свою работу в момент Т+90 с при скорости М = 9,65 на высоте 33 км; через 7 с было произведено отделение аппарата Х-43А. При свободном обтекании скорость набегающего потока составляла 2133 м/с, но в двигательном тракте перед камерой сгорания она снижалась до 915 м/с.

В таком режиме на 10 с был включен СПВРД. За время работы установки аппарат, установив очередной рекорд скорости 10 500 км/ч (или 2,92 км/с), преодолел расстояние в 32 км. После отключения двигателя модель совершила планирующий спуск с выполнением маневров на скоростях М = 6—2 и упала в океан в 1570 км от места сброса.

Несмотря на неудачу с первым аппаратом, проект Х-43А изначально рассматривался в качестве основы для дальнейшего освоения перспективных гиперзвуковых технологий. В соответствии с выдвинутой в начале 2001 г. концепцией «Национальная аэрокосмическая инициатива» («National Aerospace Initiative» — NAI) на базе моделей Х-43А предлагается создать три новых экспериментальных аппарата.

Один из них — аппарат Х-43С массой 2,26 т и длиной 5 м проектируется как несколько увеличенная копия исходного изделия. Силовую установку модели планируется комплектовать тремя СПВРД, работающими на углеводородном горючем (вкл. 32). Эти двигатели, разрабатываемые фирмой «Pratt and Whitney» в рамках военной программы HyTech, обеспечат вдйое большую тягу, чем водородный СПВРД аппарата Х-43А. Бортовой запас топлива (272 кгу, который рассчитывается на активный полет продолжительностью 4—5 мин, должен размещаться в баках, проложенных по бокам расширенного корпуса. На днище будет производиться монтаж маршевых двигателей общей шириной 68,6 см. Отличительной особенностью этих СПВРД, которые будут охлаждаться горючим, станет изменяемая геометрия воздухозаборников, что является важным условием их применения на маневренных аппаратах и разгонных ступенях перспективных МТКС.

Учитывая сложность проекта, NASA подготовило программу аэродинамических испытаний уменьшенной в масштабе 2/3 модели силовой установки аппарата Х-43С. Изделие, названное MFPD («Multimodule Flowpath Propulsion Demonstrator» — «Демонстратор установки с несколькими воздушными каналами»), выполнено большей частью из меди и не имеет системы охлаждения.

Среди основных задач испытаний; которые будут проводиться в аэродинамической трубе НТТ, называются оцейка работоспособности воздухозаборников при различных углах атаки и бокового скольжения на скоростях М=5—7, изучение взаимодействия силовой установки и корпуса аппарата, хвостовой части и пламени двигателей, а также прочих вопросов. На эти эксперименты отводится более года.

Затем должны последовать квалификационные испытания штатной силовой установки с элементами конструкции аппарата Х-43С. При их успешном завершении в 2007 г. может состояться демонстрационный полет первого изделия.

Контракт на изготовление трех аппаратов Х-43С NASA подписало осенью 2003 г. с компанией «Allied Aerospace Industries». Общая стоимость работ по сборке моделей и подготовки их к полетам была оценена в 150 млн долл.

Испытания аппарата Х-43С, как и базовой модели, будут осуществляться с использованием ракеты «Пегас». После отделения от разгонной ступени на высоте 24,4 км двигательная установка изделия должна обеспечить увеличение скорости с М=5 до М=7.

Следующим этапом работ по освоению техники гиперзвуковых полетов должна стать программа Х-43В с ориентировочным уровнем затрат в 600 млн долл. Данный проект, находящийся на стадии предварительных изысканий, предусматривает создание многоразового летательного аппарата, рассчитанного на выполнение 25 полетов со скоростью до М=7. В зависимости от типа силовой установки и подлежащей еще уточнению аэродинамической схемы длина новой модели оценивается в 10—15 м, а поперечный размер 4,2 м.

На модели Х-43В предлагается использовать двигатели двух типов: турбопрямоточный, который обеспечит разгон изделия до скорости М=4—4,2, и углеводородный СПВРД типа HyTech. Турбопрямоточные двигатели проектируются NASA в рамках программы RTA. В зависимости от хода ее реализации аппарат может быть оснащен либо одним двигателем GE-57 тягой 18,1т, либо четырьмя его масштабными моделями тягой по 4 т.

(На начальной стадии проекта Х-43В изучалась возможность использования на модели ракетно-прямоточного двигателя ISTAR, способного работать на всех режимах полета. Однако позднее по финансовым соображениям этот вариант был отклонен. Подробнее об обоих типах конкурировавших установок см. Главу 5.)

За счет применения комбинированной силовой установки при испытаниях модели Х-43В не будет использоваться ракетный разгонный блок — после отделения от самолета-носителя изделие само должно выйти на расчетный режим полета со скоростью М=7. Поскольку проект Х-43В еще не обеспечен финансами, то начало демонстрационных полетов модели ориентировочно определяется 2011 г.

Для изучения условий дозвукового полета и посадки вышеназванных аппаратов по заказу Центра Лэнгли были разработаны две опытные модели X-43A-LS и X-43B-LS (LS означает Low Speed — «низкоскоростные»). Эти беспилотные летательные аппараты рассчитаны на самостоятельный взлет, автономный, полет в течение 5 мин со скоростью до 540 км/ч и посадку при скорости 144 км/ч и с углом атаки 12—15°.

^{Аппарат Х-43В}

Модель X-43A-LS, изготовленная компанией «Accurate Automation», представляет собой практически точную копию аппарата Х-43А: ее длина составляет 3,6 м, а размах крыла 2,2 м. Увеличение по сравнению с прототипом площади несущей поверхности было вызвано желанием снизить риск при первых испытаниях. Но впоследствии разработчики планируют выполнить полеты с крылом номинального размера. В качестве силовой установки аппарата, имеющего массу 96 кг, используется турбореактивный двигатель АМТ-1500 тягой 63,4 кг, поставленный фирмой «Advanced Micro Turbines».

В октябре 2001 г. аппарат X-43A-LS успешно прошел высокоскоростные рулежные испытания, в ходе которых был совершен самостоятельный полет продолжительностью 16 с; при этом скорость бокового ветра достигала 21,6 км/ч.

Демонстрационные полеты аппарата начались в конце 2003 г. на базе ВВС Эглин (шт. Флорида). Основной задачей первого этапа испытаний стала оценка летных характеристик модели на скоростях 187—367 км/ч. Управление аппаратом осуществлялось с наземного командного пункта, при этом некоторые функции выполнялись бортовыми системами, среди которых следует отметить самообучающуюся БЦВМ на нейронных сетях.

Программой летной отработки модели также предусматриваются полеты с более высокими скоростями над океаном вне прямой видимости с командного пункта. В этом случае система управления изделия будет работать в автономном режиме, но при некотором контроле оператора с самолета сопровождения.

Среди особенностей выполненных аппаратом X-43A-LS полетов в печати называются следующие: скорость отрыва носовой опоры шасси при взлете 140 км/ч; максимальная скорость, развитая при первом полете с выпущенным шасси, составила 300 км/ч при 62%-ном уровне тяги двигателя; угол крена достигал 70—75° (при этом наблюдалась недостаточная эффективность управления моментом инерции); посадка осуществлялась при скоростях 120—170 км/ч (приземление с меньшими скоростями и с большим углом атаки сопровождалось плохой управляемостью в плоскости крена и возникновением явления «голландского шага»).

К испытаниям аппарата X-43B-LS HySID («Hypersonic Systems Integrated Demonstrator» — «Комплексный демонстратор гиперзвукового аппарата»), изготовленного компанией «Boeing Phantom Works», намечалось приступить в 2004—2005 гг. Модель длиной 4,5 м и с размахом крыла 2,7 м спроектирована по схеме «утка». Взлет изделия массой 136 кг должны обеспечить три газотурбинных двигателя SWB-100 со статической тягой по 48,5 кг (ВРД закуплены у фирмы «SWB Turbines»).

На более отдаленную перспективу ориентирован проект X-43D, в рамках которого изучаются возможности создания экспериментального аппарата с водородным СПВРД, рассчитанным на крейсерскую скорость полета до М=15. В отличие от исходной модели Х-43Аэто изделие должно комплектоваться двигателем с системой охлаждения криогенным горючим; продолжительность активного участка полета составит около 10 с.

Успешная реализация проекта X-43D позволит практически в полном объеме решить исходные задачи программы «Hyper-Х», заключавшиеся,, наполним, в подготовке опытного прототипа стратегического-бомбардировщика «Global Reach».

Сопоставляя вышеизложенные планы с этапами летной отработки элементов воздушно-космического самолета Х-30, можно провести определенные параллели, а общие истоки проектов Х-30 и Х-43 дают основания с некоторой долей вероятности считать, что основной задачей программы NASP являлось создание гиперзвукового ударного аппарата. Работы по одноступенчатой МТКС самолетного типа если и велись в рамках данного проекта, то, по-видимому, на уровне концептуальных исследований и оценок возможностей использования перспективных технологий.

Первоначально объявленные сроки о начале эксплуатации подобных ВКС в 2000—2002 гг. «опередили» современные оценки развития авиационно-космической техники примерно на четверть века. В настоящее время одноступенчатые средства выведения грузов в космос рассматриваются специалистами лишь в качестве возможных кандидатов для многоразовых транспортных систем третьего (после МТКС «Спейс Шаттл») поколения, которые могут быть созданы лишь после 2025 г.

Президентская инициатива 2004 г., определившая для NASA в качестве новых приоритетов пилотируемые полеты в дальний космос, потребовала от агентства существенно сократить объемы финансирования своих технологических программ, напрямую не связанных с поставленными задачами. После проведения экспертной оценки работы по некоторым проектам были «заморожены,», часть из них, в первую очередь связанных с гиперзвуковыми технологиями, были переданы военным организациям, которые постоянно участвовали в руководстве многих программ, так называемого двойного назначения.

<<<Назад Страница 52 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