Технология воздушного старта — запуска ракет с высоты более десятка километров с борта летательного аппарата — разрабатывается учеными с середины прошлого века, но за почти 70 лет более чем из 100 проектов успешными были единицы. В США в 1970-х годах была испытана система воздушного пуска ракеты для поражения спутников с истребителя F-15. Эти испытания увенчались успехом, но работы в дальнейшем были прекращены.
В 1990 году в рамках проекта американских компаний Orbital Science и Hercules Aerospace на орбиту Земли был успешно выведен спутник ракетой-носителем Pegasus, стартовавшей с самолета. В настоящее время это единственная система с воздушным стартом, находящаяся в эксплуатации. В СССР в 1960-1970-х годах разрабатывался проект с воздушным стартом "Спираль". В соответствии с ним предполагалось запустить ракету из гиперзвукового самолета-разгонщика. Однако проект так и не был реализован.
Сегодня мировое научное сообщество вновь возвращается к вопросу практического воплощения технологии воздушного старта. О том, в чем преимущества пуска ракет с борта летательного аппарата перед традиционным наземным, в чем экономическая и практическая выгода этой технологии и когда в России планируются первые испытания воздушного старта, в интервью корреспонденту РИА Новости Ирине Альшаевой рассказал генеральный директор, генеральный конструктор Государственного ракетного центра имени академика В. П. Макеева академик РАН Владимир Дегтярь.
— Что такое технология воздушного старта и для чего она разрабатывается?
— Воздушный старт — это старт ракеты с воздушного средства, которое находится в полете. Ракета может запускаться с самолета, дирижабля или экраноплана. Самолет-носитель, обладающий широким спектром возможностей по скорости, высоте и дальности полета, наиболее интересен в этом плане.
При запуске ракеты самолет является многоразовой разгонно-стартовой системой. Такой авиационно-ракетный комплекс (АРК) на базе ракеты и самолета позволяет расширить возможности независимого доступа в космос и предоставления услуг по запуску на мировом рынке.
— Какие самолеты могут использоваться в качестве стартовой платформы космической ракеты? Каким техническим требованиям должен отвечать борт и в чем состоит конструкторская особенность запускаемой ракеты?
— Государственным ракетным центром имени Макеева разработаны проекты авиационно-ракетных комплексов на базе самолетов ИЛ-76, АН-124, МИГ-31, ТУ-160 и ракет массой от 5 до 100 тонн на твердом и жидком топливе. Особенностью воздушного старта для самолета являются режимы пилотирования, связанные с выполнением маневра "горка". Эти режимы облегчают десантирование ракеты с самолета, масса которой близка к его максимальной грузоподъемности.
Ракета выполняется по классической схеме. Запуск ее маршевых двигателей проводится на безопасном расстоянии от самолета, чтобы свести к минимуму риск для экипажа в случае нештатной ситуации. Ракета для воздушного старта особенна тем, что должна быстро переходить из горизонтального полета в вертикальный.
Отмечу, что все проекты АРК разрабатывались применительно к существующим модификациям самолетов. Вопросы размещения и десантирования ракет решались за счет монтажа дополнительных систем и аппаратуры на самолете. После их демонтажа самолет может выполнять свои прежние задачи транспортного средства.
— Каковы преимущества пуска ракеты с борта самолета перед ее традиционным пуском с Земли?
— При воздушном старте, в отличие от наземного, ракета за счет самолета проходит наиболее плотные слои атмосферы и получает значительную начальную скорость. На высоте 10 километров плотность атмосферы в 3,3 раза ниже плотности на уровне моря, поэтому при воздушном старте снижаются потери скорости ракеты на преодоление аэродинамического сопротивления. Такие условия старта позволяют обеспечить на 25-30% большие энергетические возможности по выведению ракеты. При ее старте со сверхзвукового высотного самолета-разгонщика прирост массы полезной нагрузки, выводимой на орбиту, будет еще большим.
Кроме того, при воздушном старте у ракеты появляются дополнительные функциональные возможности. Она приобретает гибкость в выборе района старта, включая приэкваториальные широты. Это обеспечивает широкий спектр наклонений орбит без выделения дополнительных зон отчуждения для падения отработавших ступеней ракеты. Также она становится оперативной в доставке космического аппарата в заданную точку на орбите. Это важно при замене выбывшего из строя космического аппарата в многоспутниковых группировках.
— Как происходит воздушный старт? Каким образом ракета крепится к носителю, как осуществляется ее пуск?
— Можно выделить две схемы размещения и десантирования ракет. Первая заключается в использовании внешней подвески самолета, вторая – в использовании внутренних отсеков самолета. Первая схема предполагает более простой способ расхождения самолета и ракеты. Однако при этом на ракету действует весь дополнительный спектр нагрузок, связанный с полетом к месту старта. Это требует введения дополнительной защиты на ракете и ограничивает время нахождения самолета с ракетой в полете. Вторая схема требует специальных устройств для выхода ракеты из отсеков самолета, но обеспечивает комфортные условия размещения ракеты. Эта схема не приводит к изменению внешней геометрии самолета-носителя и позволяет АРК реализовать длительное дежурство АРК в воздухе или значительную дальность полета к месту старта.
В настоящее время наибольшей грузоподъемностью до 100 тонн и более и значительной дальностью полета на 4-5 тысяч километров обладают транспортные самолеты, которые активно рассматриваются в качестве стартовых платформ ракет.
Для самолетов-носителей, имеющих большие грузовые отсеки, лучше подходит вторая схема размещения и десантирования ракеты. Поэтому такому варианту, обладающему наибольшими возможностями для практической реализации, уделяется наибольшее внимание.
В проекте с самолетом ИЛ-76 ракета устанавливается в грузовом отсеке самолета на специальной пусковой платформе с рольгангами (конвейер, роликами которого, закрепленными на небольшом расстоянии друг от друга, перемещаются грузы – ред.). Ее выброс из самолета-носителя происходит с помощью вытяжных парашютов. Такой способ десантирования традиционен, он отработан для больших грузов. Недостаток этих устройств в том, что они одноразовы.
В проекте с самолетом АН-124 предлагается использовать для десантирования ракеты технологию минометного старта, хорошо отработанную при запуске баллистических ракет. При "минометном старте" ракета устанавливается в многоразовом пусковом контейнере, ее выталкивание происходит за счет создания избыточного давления по заднему торцу ракеты.
— В чем воздушный старт выгоден в экономическом отношении?
— Для АРК не нужно строить дорогостоящие стартовые сооружения. Ракета с воздушным стартом обладает более низкой удельной стоимостью выведения полезных нагрузок на орбиту в силу того, что при одних и тех же типоразмерах маршевых двигателей она выводит большую массу полезной нагрузки. Также при воздушном старте, за счет падения отработавших ступеней ракеты в малосудоходные районы океана, можно избежать издержек на содержание и послеполетное обслуживание зон отчуждения на Земле.
— Опытно-конструкторские работы по технологии воздушного старта в 2005 году включены в Федеральную космическую программу России. На каком этапе сейчас находится работа над проектом? С чем связано продолжительное время опытно-конструкторских работ (с 2005 года по 2018 год)?
— Проект "Воздушный старт" на базе самолета АН-124 и 100-тонной ракеты был включен в Федеральную космическую программу России на внебюджетной основе. Это не позволило нам в полной мере развернуть работы по программе. Тем не менее специалистами нашего предприятия разработаны проектные, конструкторские и организационные материалы. Они были рассмотрены на расширенном заседании научно-технического совета Роскосмоса. Проект одобрен и рекомендован к дальнейшей разработке.
Экономический кризис и осложнение отношений с Украиной сделали проблемным использование для воздушного старта самолета АН-124 разработки КБ Антонова. В настоящее время, учитывая возобновление производства самолета ИЛ-76 в России, Государственный ракетный центр актуализирует ранее выполненный проект с этим типом самолета и конверсионной версией ракеты "Синева" и планирует провести проектные работы применительно к ракете на экологически чистых компонентах топлива.
— Есть ли заказчики на пуски ракет с помощью технологии воздушного старта?
— Для финансирования проекта и работы с заказчиками создана авиационно-космическая корпорация "Воздушный старт". Эта компания подписала предварительное соглашение с европейскими и японской компаниями о запуске полезных нагрузок. Учитывая возможность установки спутников на ракете на территории, наиболее приближенной и удобной заказчику пуска, европейские партнеры за счет своих инвестиций предложили построить Европейский интеграционный центр в Германии (аэропорт города Мюнхена) для работы со спутниками и установке их на ракету в формате "единого окна".
— Кто финансирует работы?
— Финансирование АРК планируется реализовать на принципах государственно-частного партнерства. В настоящее время при поддержке администрации Челябинской области формируются компетенции региона в сфере космических технологий и создания промышленного кластера. Один из ключевых проектов кластера — создание АРК на базе самолета ИЛ-76. Это также позволит привлечь средства из международных и российских программ инновационного развития.
— Какие разработки в области применения технологии воздушного старта ведутся в мире, например, в США?
— Исследовательские работы по АРК проводятся в США, Китае, Европе и ряде других стран мира. В настоящее время в США эксплуатируется АРК с ракетой Pegasus (Pegasus XL), который был создан на коммерческой основе при поддержке государственных заказчиков. Этот комплекс широко применяется в исследовательских программах США. Стартовая масса ракеты Pegasus XL около 23 тонн, выводимая полезная нагрузка – 443 килограмма. Для значительного увеличения стартовой массы ракеты с воздушным стартом в США реализуется программа Stratolaunch, в рамках которой создается самолет с грузоподъемностью до 250 тонн. Можно ожидать, что выводимая на орбиту масса полезной нагрузки возрастет до семи тонн.
Отдельного внимания заслуживает программа компании Virgin Galactic, предназначенная для проведения суборбитальных туристических полетов. Космоплан Spaceship для туристов размещается под центропланом фюзеляжа самолета и стартует на высоте около 15 километров. Билеты на первые полеты туристов уже проданы.
Эти программы подтверждают широкие возможности по использованию технологии воздушного старта для доступа в космическое пространство.
— Каковы основные проблемы применения данной технологии и в чем ее достоинства?
— Отмечу, что для технологии воздушного старта нет проблемы применения. Есть сложные проектно-конструкторские задачи, которые нужно решать при реализации проекта. В первую очередь это взаимная увязка нормативной базы по ракетной и авиационной технике. Важны также решения комплексной задачи по выбору наиболее безопасной и надежной схемы десантирования ракеты из самолета, математическому моделированию и экспериментальной отработке безударного движения ракеты и самолета.
Достоинства воздушного старта уже ранее отмечались, но основные из них можно повторить. Во-первых, оно заключается в повышенной энергетической эффективности ракеты за счет старта с начальной скоростью и высотой. Во-вторых, технология позволяет обеспечить высокую оперативность запусков и дает возможность их реализации в широком диапазоне азимутов пуска за счет большой гибкости в выборе точки старта и зон падения отработавших ступеней. В-третьих, для применения этой технологии не нужно строить дорогостоящие стартовые сооружения.
— Когда ожидаются первые практические испытания с применением технологии воздушного старта?
— В настоящее время Государственным ракетным центром имени Макеева в инициативном порядке запланированы проектно-конструкторские работы по АРК на базе самолета ИЛ-76. Созданный задел и технические возможности позволяют выйти на практические испытания через три года. Но надо понимать, что финансовое обеспечение проекта может внести свои коррективы.
