Ю.Ларионов специально для "Новостей космонавтики"
на сайте представлено с любезного разрешения автора

В статье "Проект "Спираль"" (НК №4, 2000) упоминались орбитальные модели серии "БОР". Предлагаем читателям подробнее ознакомиться с этими аппаратами.

Одной из проблем программы "Буран" была задача создания многоразового теплозащитного покрытия для орбитального корабля (ОК): легкой керамической плитки, гибкой теплозащиты, покрывающей основную поверхность корабля, и жаростойкой конструкции из композиционного материала (КМ) "углерод-углерод", используемой в носовой части и на передних кромках крыла ОК. Высокая сложность и стоимость создания и летных испытаний корабля требовала соответствующего подхода к отработке всех систем, а особенно теплозащиты.

Первым этапом работ явилась программа наземных испытаний, целью которой была имитация факторов космического полета и условий входа в атмосферу. Опытные образцы покрытий испытывались в тепловакуумных плазменных установках, исследовались на воздействие акустических и вибрационных нагрузок. Вторым этапом стали летные испытания в диапазоне до- и сверхзвуковых скоростей, которые проводились на самолетах-лабораториях Ил-18 и МиГ-25. Образцы устанавливались на наружной поверхности в зоне высоких скоростных напоров и акустических нагрузок от двигателя. Наконец, третьим этапом стали испытания в космосе на летающих орбитальных моделях, которые должны были подтвердить работоспособность элементов теплозащиты в условиях реального полета по траектории, близкой к траектории "Бурана".

В качестве "космической лаборатории" был принят экспериментальный аппарат "БОР-4" , созданный в рамках работ по теме "Спираль" (копия ОК в масштабе 1:2) Сыграло свою роль то, что обводы носовой части "БОРа-4" практически совпадали с очертаниями носа "Бурана", включая подфюзеляжную часть.

Аппарат "БОР-3", на базе которого создавалась "летающая лаборатория", имел абляционную теплозащиту, подобно спускаемым аппаратам кораблей "Союз". Ее оставили в качестве аварийной, а сверху смонтировали соответствующую "бурановскую" теплозащиту: основное покрытие - плитки на основе ультратонкого кварцевого волокна, гибкая теплозащита на базе органического войлока и носовой "кок" из КМ "углерод-углерод".

Телеметрическая система, которой был оснащен "БОР-4", записывала информацию в бортовое запоминающее устройство и передавала в пакетном режиме при пролете над двумя специализированными измерительными кораблями, а при спуске - и на наземный приемный пункт. Измерения шли от 150 термопар, установленных на дюралевой обшивке под теплозащитными плитками, а также под внешним покрытием плиток на глубине 0.3 мм. Телеметрировались показания акселерометров, индикаторов угловых скоростей, положение консолей крыла и информация нескольких десятков других датчиков температуры и давления; использовались также термокраски и индикаторы плавления.

Стартовая масса "БОРа-4" составляла около 1450 кг. Аппарт выводился на околоземную орбиту ракетой К-65М-РБ5 (вариант легкой двухступенчатой РН "Космос-3М") с полигона Капустин Яр и выполнял один виток на высоте около 225 км. Ориентация в пространстве поддерживалась газореактивной системой (8 сопел) по программе автономной бортовой системы управления (в режиме инерциальной навигации). В начале второго витка с помощью сбрасываемого порохового двигателя, установленного "на спине" "БОРа-4", выдавался тормозной импульс - и аппарат входил в атмосферу.

Консоли крыла "БОРа-4", как и самолета "Спираль", могли поворачиваться в корневой части, при этом величина "развала" (угол поперечного V) определяла угол атаки, при котором "лаборатория" самобалансируется (становится статически устойчива) при входе в плотные слои атмосферы. Как известно, "Буран" и Space Shuttle неустойчивы по каналу курса на вершине траектории спуска, во время полета на больших углах атаки. Техническое решение с поворотными консолями, предпринятое в рамках программы "Спираль", было революционным для шестидесятых годов, так как позволяло "обмануть природу", сняв проблему защиты относительно острой передней кромки крыла от высоких температур. Поднятые кверху консоли в сочетании с соответствующим углом стреловидности по передней кромке и углом атаки создавали такие условиях входа в атмосферу и полета на гиперзвуковых режимах, когда скоростной напор встречался с нижним днищем и "стекал" с крыла, передняя кромка которого как бы превращалась в заднюю. Здесь температуры были сравнительно невысоки.

Поворотное крыло обеспечивало приемлемую статическую устойчивость по курсу. При переходе на малые углы атаки консоли разворачивались в горизонтальное положение для повышения аэродинамического качества. Под обтекателем РН консоли складывались "шалашиком" на "спине". Балансировка обеспечивалась с высоты 70…60 км при угле атаки 57° в первом полете и 52...54° в последующих полетах. Для управления по крену консоли дифференцированно отклонялись от балансировочного положения.

После торможения и планирующего полета в верхних слоях атмосферы, пройдя "плазменную" зону, "БОР-4" на высоте около 30 км вводился системой управления в крутую спираль для уменьшения скорости полета, и на высоте около 7500 м выпускался парашют, обеспечивающий приводнение с вертикальной скоростью 7...8 м/с.

Первый экземпляр "БОРа-4" с абляционной теплозащитой был запущен 5 декабря 1980 г. на суборбитальную траекторию в сторону озера Балхаш для проверки работоспособности всего комплекса. Затем последовали орбитальные запуски (см. табл.), причем первые два аппарата приводнились в Индийском океане. Для связи с "БОРом-4" были привлечены корабли слежения "Космонавт Пацаев", "Космонавт Добровольский" и "Чумикан". После того, как первый "БОР-4" выполнил 1.25 витка по орбите, вошел в атмосферу с боковым маневром на дальность 600 км южнее траектории орбитального полета и приводнился в 560 км от архипелага Кокосовых островов в Индийском океане, его подобрали семь дежуривших там кораблей Военно-морского флота СССР.

В проведении второго орбитального полета "БОРа-4" помогали корабли сопровождения Академии наук СССР "Космонавт Волков" и "Космонавт Беляев". Аппарат приводнился в 556 км южнее архипелага Кокосовых островов.

В обоих случаях самолет Р-3C Orion Королевских ВВС Австралии, который совершал патрульные полеты в зоне приводнения "БОРа-4", детально отснял спасение аппарата. Советские участники спасательных операций, находившиеся на борту судна "Петропавловск", вспоминали, что "Орион" так низко ходил над палубой, что вихри, срывающиеся с его крыльев, чуть не сбивали людей с ног. Фотографии, отснятые австралийскими летчиками (справа), натолкнули корреспондентов зарубежных СМИ на парадоксальную мысль, что "русские в самое ближайшее время готовы произвести запуск своего мини-шаттла или уже сделали это!". Эти события, а также то, что у советских специалистов появилась уверенность в надежности системы управления, позволили перенести зону приводнения последующих аппаратов в Черное море. К сожалению, одну из двух "лабораторий", приводнившихся западнее Севастополя, найти не удалось.

Анализ результатов измерений позволил обосновать оптимальные значения зазоров и уступов; отработать математическую модель пространственного теплообмена с учетом неравновесных физико-химических свойств воздуха; определить каталитическую активность покрытия в условиях натурной плазмы; уточнить температурную схему и наметить мероприятия по уменьшению массы теплозащиты ОК "Буран".

(Примечание web-мастера: интересно, что данные по запускам КА "БОР-4" сильно отличаются от представленных на странице КА "БОР")

Материалы полетов "БОРа-4" легли в основу технических заключений головных институтов к первому полету ОК "Буран", выполненному 15 ноября 1989 г. (Примечание web-мастера: так в тексте статьи - скорее всего, это опечатка. "Буран" совершил свой полет 15.11.1988 г.). Результатами работ можно назвать то, что, в отличие от американцев, мы практически обошлись без потерь теплозащиты: если "Колумбия" в первом полете потеряла около 30 плиток, то "Буран" отделался четырьмя (Примечание web-мастера: небольшая поправка - на самом деле потеряно 6 плиток в четырех местах; это хорошо видно разделе "Теплозащита" на странице "потерянных плиток").

Носовое покрытие и передние кромки крыла "Бурана" работали на пределе для КМ "углерод-углерод": здесь температуры превышали 1200°С. Габариты ОК позволяли выполнить эти зоны со сравнительно большими радиусами закруглений. При переходе к масштабу "БОРа-5" кромки соответственно заостряются; их температуры повышаются. В связи с этим было решено ограничить верхний предел чисел Маха аппарата (М=15). "БОР-5" запускался той же РН (К65М-РБ5) с Капустина Яра, но летал по суборбитальной траектории в направлении озера Балхаш. Ракета с аппаратом массой 1450 кг достигала максимальной высоты около 210 км, после чего происходило разделение, и "БОР-5" продолжал полет по баллистической кривой со скоростью примерно 5 км/с. В атмосфере, с высоты около 50 км, полет проходил с программным изменением углов крена и атаки по траектории, соответствующей траектории "Бурана". Это требовало значительно большей индикаторной скорости - на 30-65% выше предельной для ОК на этом участке.

Поскольку температура поверхности аппарата была почти на 1000° выше, чем на полноразмерном ОК, нельзя было применить плиточную теплозащиту. Использовалась абляция на основе минерального стеклопластика, а носовой обтекатель - из вольфрамо-молибденового сплава. Испытывалась также радиопрозрачная теплозащита - стеклопластик с кремнеземным наполнителем.

Как и для "БОРа-4", управление "БОРом-5" вне атмосферы осуществлялось газореактивными соплами, а в атмосфере - рулевыми поверхностями самолетного типа, которые впервые в нашей стране были применены на таких больших скоростях.

Летающие лаборатории "БОР-5" и "БОР-4" на выставке "К звездам-91"

Дальность полета "БОРа-5" от точки старта до приземления - около 2000 км; с высоты 7-8 км он тормозился по крутой спирали, на высоте 3 км выпускался парашют, на котором аппарат приземлялся с вертикальной скоростью 7-8 м/с.

Телеметрическая система "БОРа-5" записывала в ЗУ и передавала на Землю информацию от нескольких блоков акселерометров, датчиков угловых скоростей, свободных гироскопов, датчиков давления, отклонения элевонов и руля направления и аппаратуры измерения шарнирных моментов на рулях. Она же собирала информацию от термопар, калориметрических и др. температурных датчиков; использовалась также термокраска и индикаторы плавления.

(Примечание web-мастера: интересно, что данные по запускам КА "БОР-5" отличаются от представленных на странице КА "БОР")

С 1984 г. было проведено пять запусков "БОРа-5", причем первые два - по программе летно-конструкторских испытаний доработанной РН. В первом пуске, 6 июля 1984 г. из-за электрического дефекта аппарат и ракета не разделились и упали на землю вместе; второй полет прошел нормально.

Три зачетных пуска по программе испытаний "БОРа-5" прошли удачно и дали необходимую информацию. Фактическое аэродинамическое качество оказалось несколько выше расчетного.

Постепенное свертывание, а затем и полное закрытие программы "Буран" не позволили провести интересные эксперименты по радиосвязи на плазменном участке спуска в атмосфере, для чего на базе "БОРа-4" был изготовлен "БОР-6" со специальными охлаждаемыми антеннами, вынесенными в набегающий поток.

"БОР-4" создавался в Летно-исследовательском институте (ЛИИ) им.Громова. Изготовление и сборка аппаратов проводились на Тушинском машиностроительном заводе. "БОР-5" изготавливался на ЭМЗ им.Мясищева при участии специалистов ЛИИ и НПО "Молния". Испытания обоих вариантов моделей проводились представителями ЛИИ с участием специалистов военного испытательного института, НПО "Молния" и других организаций под руководством Госкомиссии, возглавляемой первым заместителем начальника ГУКОС генерал-лейтенантом авиации Г.С.Титовым.