Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США

Аппарат «DELTA CLIPPER» (Часть 3)

Впервые посадка изделия была произведена не на подготовленную бетонную площадку, а на природную поверхность полигона, представляющую собой гипсовые отложения. Касание произошло через 78 с после старта при скорости 1,1 м/с с небольшим боковым скольжением; отклонение оси модели от вертикали не превысило 1°.

Послеполетный осмотр аппарата DC-X показал обширное размерами 1,2 х 4,5 м разрушение нижней и центральной части корпуса, толщина которого составляет около 2,5 см. Кроме того, была обнаружена небольшая трещина в сварном шве бака водорода. Подобный ущерб был признан восстановимым при незначительных затратах. Для изготовления нового фюзеляжа его разработчику — фирме «Scaled Composites» было передано 700 тыс. долл. (первый корпус обошелся в 1,2 млн долл.).

Несмотря на аварию, участники проекта были далеки от огорчений — при столь значительных повреждениях изделие продемонстрировало высокую живучесть и доказало свои права на дальнейшие полеты.

Восстановленный аппарат DC-X совершил свой шестой старт 16 мая 1995 г. Сразу же после взлета стала отрабатываться программа разворота по тангажу. При этом для управления моделью впервые были использованы дифференциальное дросселирование тяги маршевых ЖРД и один из аэродинамических щитков, выдвинутый на 15 с полета (Т+15 с). Перед достижением вершины траектории 1,3 км в момент Т+45с щиток был убран, и аппарат начал горизонтальный полет в обратном направлении со скоростью 165 м/с. Оказавшись над посадочной площадкой, изделие в момент Т+79 с стало снижаться с скоростью 23 м/с; за 10 с до приземления были выдвинуты опоры, посадка произошла в 3 м от центра бетонки. Продолжительность полета составила 124 с.

12 июня 1995 г. седьмое испытание продолжалось 132 с. Этот запуск был отмечен значительными изменениями угла атаки (в пределах 0—70°) при горизонтальном полете на высоте 1,9 км. Кроме того, впервые для управления изделием были задействованы все исполнительные элементы системы наведения: маршевые ЖРД, аэродинамические поверхности и реактивные двигатели, работавшие на газообразных компонентах топлива.

Завершающий и самый сложный восьмой полет продолжительностью 124 с состоялся 7 июля 1995 г. при значительном количестве приглашенных высокопоставленных чиновников различных организаций и конгрессменов. Основной задачей испытания была демонстрация возможности разворота изделия при возвращении с орбиты для вертикальной посадки.

После непродолжительного вертикального подъема и разворота по тангажу на 25° аппарат вышел в зону проведения маневра на высоте 2,4 км и в удалении 640 м от места старта. Совершив в плоскости тангажа разворот до угла -5е, изделие было сориентировано носовой частью в обратном направлении, при этом инерциальная скорость движения составила 19,8 м/с.

Основной маневр занял 15 с. Аппарат выполнил обратный разворот по тангажу до угла 130° над горизонтом, а потом для подготовки к посадке опять уменьшил свой наклон до 110°. При этом максимальная угловая скорость составила 25°/с, а угол атаки изменялся от -60° до +180°. Разворот осуществлялся за счет одновременного качания маршевых ЖРД, обеспечившего до 40% требуемого момента, и дифференциального дросселирования их тяги (60%).

Приблизившись к стартовой площадке, аппарат начал снижение со скоростью 22,5 м/с. На этапе спуска отказал высотомер, и приземление произошло при скорости 4,2 м/с с перегрузкой 5,3 g (максимально допустимая величина 7 g).

Сразу же после посадки группа обслуживания приступила к работам с аппаратом, планируя провести дополнительный демонстрационный полет с минимальным интервалом. Однако жесткое приземление привело к разрушению амортизатора одной опоры и небольшому разрыву обшивки. Поэтому повторный старт был отменен.

Небольшое изменение в планах не омрачило торжественной церемонии по поводу завершения программы испытаний, а также передачи аппарата DC-X в ведение NASA.

Еще весной 1994 г. до возобновления испытаний изделия агентство, согласовав вопрос с Министерством обороны, заключило с компанией «McDonnell Douglas» соглашение о модернизации модели для отработки новых технологий. Общий объем работ был оценен в 25 млн долл., причем треть из этой суммы обязалась оплатить сама компания «McDonnell Douglas», предлагавшая NASA свой аппарат в качестве прототипа масштабной модели перспективной транспортной системы RLV.

Основными отличиями модернизированного изделия, названного DC-XA Clipper Graham, стали:

—- графито-эпоксидный бак жидкого водорода массой 972 кг (предшествующий алюминиевый образец весил 1,47 т);

— алюминий-литиевый бак жидкого кислорода массой 648 кг, обеспечивший снижение массы конструкции на 375 кг. (Емкость, рассчитанная на заправку 7,3 т компонента, имела диаметр 2,5 м и высоту 2,1м. Первоначально компания «McDonnell Douglas» планировала изготовлять оба топливных бака из композиционных материалов, однако из-за опасений задержек с разработкой емкости под окислитель выбрали традиционный алюминий-литиевый сплав. Изделие было закуплено у российской корпорации «Энергия»);

— вспомогательная силовая установка для гидроприводов, также приобретенная в России;

— блок газификации жидкого водорода для двигателей системы ориентации (масса агрегата, спроектированного фирмой «Aerojet», составила 233 кг);

— межбаковый переходник (в сравнении с алюминиевым аналогом новый элемент, изготовленный из композитов, имел меньшую на 118 кг массу);

— комплектация системы наведения приемниками навигационной системы GPS (данные устройства устанавливались и на модели DC-X, но только для испытаний, без включения в основной контур управления).

Несмотря на то что электронное оборудование аппарата DC-XA имело большую на 136 кг массу, за счет выполненных доработок общий вес конструкции изделия был снижен до 9,2 т (то есть на 10% по сравнению с базовым изделием).

Программой испытаний аппарата DC-XA предусматривалось осуществление в течение двух-трех месяцев пяти стартов. Первый из них состоялся 18 мая 1996 г. на том же полигоне Уайт-Сэндз. Испытание проводилось по упрощенной схеме: подъем на высоту 240 м, перемещение в горизонтальной плоскости к посадочной площадке и спуск. Все задачи полета, длившегося 62 с, были успешно выполнены. Однако при посадке произошел отказ фиксатора аэродинамического щитка, и он, выдвинувшись из корпуса, под действием отраженного от земли пламени загорелся. Пожар был быстро потушен, и незначительные повреждения не потребовали продолжительного ремонта.

Подготовка и проведение двух последующих полетов аппарата DC-XA с Запланированным интервалом в сутки проходила по типовому сценарию американских боевиков с комедийным уклоном: главный герой — хороший парень — попадает в им самим вырытую яму и с честью из нее выбирается.

Руководителям проекта было мало аварийной посадки модели DC-X «в чистом поле» летом 1994 г. В стремлении продемонстрировать высокую надежность изделия перед выбором NASA головного подрядчика по программе RLV они решили повторить эксперимент.

Тем не менее определенный для приземления участок, находящийся от места старта в 170 м, был обильно смочен водой и утрамбован примерно на глубину 0,3 м. Данная техника вполне себя оправдала при подготовке полосы для посадки орбитального корабля МТКС «Спейс Шаттл» при третьем испытательном полете в 1982 г.

По своей схеме второй полет, произведенный 7 июня, был аналогичен первому: модель, поднявшись со скоростью 53,3 м/с на высоту 594 м, сместилась к месту посадки и начала спуск. Оставалось только совершить эффектную посадку перед высокопоставленными гостями.

Но свою яму аппарат DC-XA вырыл сам. Под действием пламени двигателей оставшаяся в поверхностном слое вода вскипела, и вырванные из земли значительные по размерам куски гипса, разлетаясь, стали бить по корпусу аппарата. Выжженный в поверхности кратер глубиной 0,6 м был настолько обширен по площади, что практически все опоры оказались на его краю, и малейшее боковое смещение привело бы к падению изделия.

Не успев порадоваться свалившейся удаче от устоявшего аппарата, стартовая команда из 15 человек с особыми предосторожностями приступила к погрузке изделия на транспортер. Поскольку третье испытание также планировалось завершить на такой же «неподготовленной» площадке, то программистам пришлось загружать новое полетное задание с посадкой на штатной бетонке; на это ушло около 6 ч, хотя БЦВМ системы наведения была заменена за 45 мин.

О планах осуществления повторного старта через несколько часов (такая была программа-максимум) уже не говорили. Авральные работы велись с целью проведения нового полета в течение суток.

И им это удалось. Слегка подчищенный аппарат DC-XA стартовал через 26 часов. Поскольку впервые модель была полностью заправлена, полет длился 142 с, при этом была достигнута рекордная высота за всю историю испытаний 3,14 км. Многочисленные датчики, с особой концентрацией на новых конструктивных элементах (топливных баках и переходнике), фиксировали значения динамических нагрузок на изделие во время подъема, также осуществлявшегося с небывалой скоростью 90 м/с.

Все задачи полета были успешно решены. Присутствовавший при испытаниях директор NASA Даниэль Голдин обмолвился: «Этим можно и "Шаттл" заменить».

Однако это были только слова. К тому времени NASA, вероятно, уже сделало свой выбор экспериментальной модели МТКС второго поколения и не в пользу аппарата с вертикальным взлетом и посадкой (официально это будет объявлено через месяц). Успешное проведение демонстрационных полетов модели DC-XA привело лишь к дополнительному соглашению с компанией «McDonnell Douglas» о продлении программы испытаний еще на четыре старта.

Но, как бы поняв свою ненужность, аппарат DC-XA взорвался при следующем запуске 31 июля. После взлета модель поднялась на высоту 1,2 км на удалении 0,9 км. При возвращении изделие совершило разворот по тангажу на угол 45° для оценки характеристик аэродинамических щитков.

Спуск начался при вертикальной скорости 54 м/с. На высоте 105 м была подана команда на выдвижение посадочных опор, однако одна из них не сработала. В этот момент изделие находилось на высоте 60 м, а скорост£ снижения составляла 29 м/с; до приземления оставалось 11с.

На случай возникновения подобной ситуации были предусмотрены различные варианты действий, включая экстренный подъем с последующей посадкой на парашюте (в этом случае скорость приземления составила бы предельно допустимую величину 9 м/с). Но в итоге было принято решение о посадке в штатном режиме.

Аппарат коснулся поверхности бетонной площадки через 140 с после взлета. Приземлившись со скоростью 1,2 м/с, изделие находилось в вертикальном положении в течение 5 с (двигатели за это время были отключены), а затем начало падать. При ударе о землю загорелся бак окислителя с остатками компонента, а через 1,5 мин взорвался бак водорода. Пожар длился около часа.

Итак, один из крупных проектов, связанных с отработкой технологий перспективных МТКС, окончился потерей опытной модели. Но поскольку это не редкость для экспериментальных изделий, то исходя из общих результатов, полученных в ходе создания и испытаний аппарата DC-XA, многие специалисты оценивают этот проект весьма положительно. К основным достижениям разработчиков ими относится, в первую очередь, высокая оборачиваемость изделия, оснащенного, что особо подчеркивается, криогенными двигателями. Далее:

— осуществление перед посадкой маневра разворота в положение «кормой вперед», принципиального для аппаратов данной схемы;

— незначительная численность персонала наземного обслуживания и управления полетами;

— первые летные испытания графито-эпоксидного бака с жидким водородом;

— высокая надежность системы управления и ее программного обеспечения. Система продемонстрировала устойчивую работу при различных нештатных ситуациях: разорванном корпусе, разрушенном щитке, отказавшем высотомере, ошибках в оценке воздействии пламени, отраженного от поверхности, и т.п.

Тем не менее, несмотря на то что в ходе проекта DC-XA было изучено около 40% ключевых проблем, связанных с разработкой одноступенчатой МТКС, дальнейшего развития предложенная схема не получила и не только по техническим причинам.

<<<Назад Страница 55 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