АЭРОДИНАМИКА И ТЕРМОДИНАМИКА ВОЗВРАЩАЕМЫХ

            АППАРАТОВ.  СЕМЕЙСТВО АМЕРИКАНСКИХ X-САМОЛЕТОВ.

            Михалев А.Н., к.ф.–м.н.            .

 

В первом небольшом фрагменте сообщения хотелось бы осветить принципиальный вопрос выбора формы спускаемого аппарата в историческом начале ее разработки. Весь опыт самолетостроения, в том числе и для высоких скоростей, говорил о том, что и при сверхзвуке  (гиперзвуке) форма возвращаемого аппарата должна быть обтекаемой. Компьютерная обработка большой базы данных по различным ракетам, снарядам и пр.  показывала, что аппарат должен был иметь иглообразную форму носка.

Однако, расчеты термодинамики и опыты в высокоскоростной трубе (М=15) и на полигоне показывали, что такой аппарат испарится при скоростях и тепловых нагрузках входа в атмосферу за счет очень высокой температуры торможения ~ M².

В США этой проблемой теплового барьера занялся Г.Юлиан Аллен. Эту работу он проводил в центре Эймса. Там была сконструирована свободно-летная труба: в поток с Махом 3 выстреливалась модель со скоростью 2400 м/c, тем самым обеспечивая обтекание при Махе 15.

Аллен нашел, что лучший путь снизить нагрев СА это сделать его затупленной формы. Тепло за отошедшей ударной волной частично рассеивается в воздух. Количество тепла, поглощенного объектом, зависит от отношения между сопротивлением давления C_xp и вязким поверхностным сопротивлением С_xf  (C_xp/ С_xf). Путем создания значительного лобового сопротивления проектировщик может отбрасывать больше тепла в окружающий воздух. Газ за сильной отошедшей ударной волной будет подвергаться диссоциации и ионизации, что также возьмет на себя значительную часть энергии. Несмотря на то, что отошедшая волна и воздух будут поглощать часть энергии входа, существенная доля тепла дойдет и до аппарата. Он должен иметь достаточную тепловую защиту.

Эти данные были переданы в промышленные фирмы и военным в Сентябре 1952. Но с Апреля 1953 в течение 6 лет доклад был засекречен. Суть проекта Аллена (и Эггерса) намеренно сделать возвращаемый аппарат затупленным с целью увеличения сопротивления и рассеяния большего количества тепла произведенного объектом в окружающий аппарат воздух.

Примерно в те же годы в СССР решалась проблема защиты боеголовок от сгорания путем установки на них теплозащитных конусов из углерода. Однако они зачастую отламывались от блоков из-за неучета термических напряжений.

Можно утверждать, что пионерами затупленной капсулы для входа в атмосферу в СССР были С.П.Королев и Ю.А.Дунаев.

Гагарин облетел Землю в шаровидном аппарате. Тем временем в КБ Королева шли работы по доводке формы и теплового экрана нашей передовой спускаемой капсулы «Союз». Этот уникальный аппарат служит выведению в космос экипажей более 40 лет, а ныне из-за послеаварийной задержки эксплоатации Шаттла он является единственным транспортировщиком на ISS.

Теперь о теплозащите, проблему которой не снимало затупленное тело Возвращаемого Аппарата. Имеется 2 подхода к решению этой проблемы.

1.      Использование теплоаккумулирующих металлов: алюминия, магния, титана, меди-(которая применялась на боеголовках) и которая, как будет показано, найдет место на гиперсамолетах. Первые американские боеголовки, покрытые толстым слоем меди, были избыточно тяжелы, поскольку  задача стояла поглотить тепло входа и удержать металл от плавления.

2.      В методах абляции лобовая часть или теплоэкран был покрыт тонким материалом, как фиберглас, который испарялся или аблировал.

 Абляция является ведущим средством теплозащиты. Вопрос приоритета здесь также открыт. Состав обмазки являлся сугубо секретным. Можно сказать только, что материал содержал тефлон, фибергласс и/или другие композиты.

Усилия и успехи советских ученых Королева и Дунаева  и их коллективов в нахождении наиболее удачных аблирующих материалов неоспоримы.

 

Теперь перейдем к описанию семейства американских X-самолетов, многолетнего предприятия, в котором отрабатывались принципиальные технологии выхода в космос и возвращения. Будет уделено внимание отчасти военным, но более научным, коммерческим приложениям тех наработок, которые американская астронавтика получила на X-самолетах.

В конце 40^х с помощью X-самолетов начали решать проблемы полетов с большими дозвуковыми скоростями и перехода к сверхзвуку, преодоления «звукового барьера». Первым представителем был аппарат от фирмы Белл X-1. Этот самолет исследовался в 1946-1951 гг. Аппарат имел ракетный двигатель в 1,8 т тяги, который мог давать 150 сек толкаемого полета. Он запускался с воздуха, с самолета В-29. Такой аппарат, называемый еще XS-1, Звуковой был рассчитан на изучение трансзвукового полета и преодоление скорости звука. Он был пионером по многим структурным и аэродинамическим формам.

При подходе к М=0,9 его конфигурация была неприемлемой, она испытывала грубые колебания относительно 3 осей.

По сути X-программа помогла поддержать инженерное совершенство живым в период, когда промышленность получала контракты.

 

От X-2 до X-5.

После того как был преодолен звуковой барьер было решено построить исследовательский самолет с достаточной структурной прочностью, чтобы противостоять ударным волнам и с бо’льшими Махами. Как ни парадоксально, первым самолетом успешно достигшим Маха 2 был турбореактивный самолет от Дугласа D-558 (испытывавшийся  наряду с X-1).

Позднее в 1947 г Возд. Силы и НАСА подписали соглашение по проектированию самолетов X-2, X-3, X-4, X-5. Нужно было изучать большие скорости и высоты, и набирать информацию для будущего космического полета.

X-2  (1952-1956)-это стреловидного крыла ракетно толкаемый самолет, чтобы летать выше Маха 3. Он был изготовлен из нержавеющей стали и никелевого сплава. Ракетная установка давала тягу 4,5 т. Испытания этого самолета, поначалу удачные, окончились трагично. При возвращении на посадку самолет начал неуправляемо вращаться. При отбрасывании кокпита пилот был ударен волновым скачком и не смог выбраться из кабины.

X-3 (1954-1956) от Дугласа также был предназначен для поддержания сверхзвуковых скоростей. Он не смог выполнить задачу из-за недотягивающей реактивной машины. Однако летные данные по его динамике дали полезную информацию по доработке его планера.

X-4 (1950-1953) от Нортропа был со стреловидным крылом полубесхвостым самолетом. Горизонтальные рули были удалены, чтобы избежать взаимодействия с ударными волнами от крыльев. Хотя X-4 был неработоспособным в ряде режимов, он позволил собрать данные о летных характеристиках аппарата с низким качеством (отношением подъема к сопротивлению), что позднее пригодилось в проектировании X-15. 

 

Ракетоплан X-15.

Особое, если не центральное место в серии занимает ракетоплан X-15. Он исследовался в 1959-1968 гг. Отметим несколько пионерных вкладов X-15 в аэродинамическую науку и технологию.

X-15- дал первое использование реактивных управлений положением аппарата; помимо этого осуществлен переход от аэродинамических управлений и назад;

-использование многоразовой сверхсплавной структуры, способной противостоять перегреву, дана методика сварки Инконел-X и титана;

-разработаны корреляции донного давления  для сравнения с трубными данными.

На X-15 производилось продуктивное сравнение с предыдущими аппаратами, каждый был шагом в разработочном процессе.

В особенности на X-15 требовалось

-изучить самолетные структуры при высоком нагреве > 700⁰C;

-исследовать устойчивость и управление, связанное с большой высотой выхода и возвращением.

Летные данные X-15 выявили что явления гиперзвукового потока линейны выше М=5, позволяя уверенно в целом проектировать аппараты до М=25.

Вкратце по устойчивости и управлению было получено:

-вертикальный стабилизатор уменьшал неустойчивость,

-был обеспечен прирост устойчивости при возвращении и демпфирование;

-были разработаны методики моделирования машины и тренировки пилота.

Отметим особую роль аэродинамического нагрева на этих самолетах.

Теплозащита X-15 была пионером в «сморщивании» и «нанизывании» структуры, ведущие кромки были сегментированы как бетонный поребрик.

Полеты на X-15 были пилотируемыми; отметим что изучалось и измерялось в этом плане.

1.      Осуществлялся мониторинг ритма сердца, ЭКГ, измерялась частота дыхания пилота. Эти параметры были учтены в космической программе Меркюри.

2.      Пилот в цепи управления X-15 обеспечил управляющий вход и коррекцию       положения самолета. Его управление было избыточным.

Приведем ряд заключений по программе X-15.

Благодаря X-15 НАСА стала способна провести значительное лабораторное изучение и испытания. Больше работ могло быть проделано в аэродинамических трубах, экономя средства летных испытаний.

В то же время закрытие программы в 1968 остановило ряд направлений работ в ожидании аппарата – опытной платформы, а именно:

-испытания прямоточной машины требовало гиперзвукового крейсерского аппарата,

-по структуре охлаждения гиперзвуковой Крейсер требовал изучения методик охлаждения, как пассивного, так и активного,

-не было лабораторного оборудования, чтобы дать нужные температуры торможения.

 

Проект Гипер-Сор.

Этот перспективный проект (Ливерморской лаборатории) намечен быть вдвое более топливно эффективным, чем коммерческие лайнеры, а также в 3-5 раз более эффективен для доставки грузов на орбиту. Разработка стартовала в начале 60^х. Публикации  об аппарате появились в 1998 г.

Гипер-Сор длиной в 25м по проекту осуществит взлет с обычной полосы. Его воздухопотребляющий и дополнительный ракетный двигатели позволят достичь 40 км. Выше аппарат будет дотягиваться до 60 км перед началом падения назад до 35 км. После он снова начнет выталкиваться обратно в космос. Вне атмосферы двигатель выключается и процесс повторяется.

Гипер-Сор сможет скакать по верхнему краю атмосферы каждые 2-3 мин. Таким образом, гражданское применение Гипер-Сор позволит ему за 17 скачков и около 72 мин пролететь от Чикаго до Токио.

Проблемы теплозащиты частично решены тем, что Гипер-Сор 2/3 времени проводит вне атмосферы, где рассеивает тепло в космос.  Натурный Гипер-Сор будет весить половину крупной ракеты Ариан-4, но будет нести на 40% большую нагрузку. $500 млн будет достаточно, чтобы построить 16м летный прототип. Другие научно-технические вопросы также решены.

 

X-30

Особый интерес вызывает проект X-30 NASP (Национальный Аэро-Космический Самолет). Его основная цель быть аппаратом SSTO, т.е. одноступенчатого на орбиту самолета, который должен взлетать и садиться горизонтально. Разработки аппарата велись с середины 1980^х до 1995 г.

Из систем ключевых технологий X-30 три относятся к системе толкания. Эта система должна состоять из сверхзвуковой прямоточки – скрамждета. Скрамджет в прямом потоке сжимает набегающий воздух в камеру сжигания. Топливо –жидкий водород впрыскивается в камеру, где поджигается сжатым воздухом и горит в сверхзвуковом потоке. Выхлоп выбрасывается через сопло, создавая тягу. Форма планера самолета скомпонована с элементами входа и выхлопного сопла.

Критической технологией корпуса являются композиты и основанные на титане сплавы. При тепловых нагрузках до 1000⁰С применяются активно охлаждающие системы наряду с теплозащитными материалами.

Здесь придется коснуться комплексного технического вопроса. Скрамджет позволяет достичь скоростей с Махом 8. При этом тяга уравновешивается теплом, образованным сопротивлением воздуха на входе и его высокой температурой. Между тем требуется орбитальная скорость в М=25. Тогда аппарат будет нуждаться в ракетных двигателях для выхода на орбиту. Путем циркуляции водородного толкателя через поверхность аппарата перед впрыском, тепловая энергия вырабатываемая атмосферным сопротивлением будет добавлена к тяге скрамджета, позволяя ускориться до М~20. Именно при этом Махе ракетные толкатели станут эффективными. Однако при наиболее искусной системе теплового управления максимальная скорость скрамджета была достигнута лишь в М=17.

Но даже не эти серьезные трудности стали определяющими в остановке проекта X-30. Исходное предложение стоимости $3,1 млрд было утроено и составляло $10 млрд для пары аппаратов. Фаза летного испытания довела бы эту сумму до $17 млрд. Это очень большие затраты.

Конечно, аппарат может представлять интерес для военных миссий –стратегической бомбардировки, - стратегической воздушной обороны, -разведки и наблюдения. Однако подобные миссии могут осуществляться менее дорогими средствами.

Где уместно мы будем указывать на чисто военные применения X-самолетов.

В силу сложности и дороговизны проекта NASP его сторонники, включая SDI (Оборонная Инициатива) утратили интерес к поддержке X-30. Возможности X-30 быть космопланом с самолетными характеристиками, быстрым временем возврата – это в большой степени допущения, а не данные трезвого анализа. В чем-то надежды на возможности NASP увяли, как и надежды на универсальность Шаттла в ранних 70^х. Отмечая сложность гиперзвукового полета NASP, его большую инфракрасную отметку и многое другое, он не устроил ни НАСА ни военных и был закрыт в 1995г.

 

В особом ряду стоят ракетопланы X-33, X-34. Они рассматриваются для целей эффективного доступа в космос как аппараты 2-го поколения для 21 века. Их разработки относятся к 1999-2002 г. Исходным толчком и причиной появления для них явился относительно малый полезный груз Шаттла при его высокой стоимости и огромных трудозатратах. Стоимость выведения фунта нагрузки на нем составляет $7000-8000.

На аппарате X-33 рассчитывают иметь затраты около $200-300 на фунт доставляемого груза в космос.

X-33 запускается с поверхности, а X-34 с самолета. На этих аппаратах промежуточного поколения будут стремиться к 35% доли нагрузки к весу пустого аппарата и снижению до десятков человек обслуживающего персонала. Эти наметки представляются завышенными.

Это более простые и менее дорогие аппараты, пример одного из них будет основан на подмасштабном беспилотном аппарате при сниженном риске; его стоимость

~ $10 – 300 млн.

Локхид изготавливает аппарат в масштабе ½  X-33 под названием ВенчеСтар. Длина –21м, размах крыльев 21м, грузовой отсек 1,8 x 3,6 м высоты. Запуск будет вертикальным с базы Эдвардс. Летный диапазон аппарата расширен до М=15. Аппарат X-34  предназначен для сходных миссий, но запускается с самолета, чем экономится топливо автономного полета

 

X-37.

По мнению специалистов, если бы не интенсивная разработка X-самолетов США вряд ли бы успешно проникли в космос. Разработка аппарата X-37 была начата в 1999 г. Рассматриваемый наиболее быстрый в серии X-37, будет выводиться в космос  в грузовом отсеке Шаттла. Проведя на орбите 21 день он будет входить в атмосферу и приземляться на полосу. Цель проекта – испытание технологии RLV (Возобновляемого Запускаемого Аппарата). На нем проверяется поведение структуры в жестком космическом окружении, испытываются условия толкания и технологии. Основной упор - улучшить тепловую защиту системы.

X-37 – миниатюрная модель Спейс Шаттла L=8,4м, размах крыльев 4,57м, имеет опытный грузовой отсек 2,13 x 1,21м. При весе 6 тонн его можно полагать весьма легким аппаратом.

О важности численного исследования аппаратов RLV.

Проектирование и постройка космических аппаратов – дорогое занятие. Поэтому основные аэротермодинамические характеристики моделируют и изучают численными методами. Для 2-го поколения RLV требуется изощренное численное моделирование от ранних стадий проекта. Из-за комплексности аппаратов требуется мультидисциплинарный подход в численном изучении. Компания CAS, осуществляющая такие численные исследования для НАСА, работает в трех основных направлениях: передовые аэрокосмические технологии, вычислительные опытные платформы, и системы программ, работающие как интерфейс между приложениями и пользователями.

По аэродинамической оптимизации специалисты CAS обсчитывают форму аппарата, чтобы она проявлялась успешной как при выходе из атмосферы, так и при входе в нее. Заодно вычислители стремятся снизить стоимость путем оптимизации проектов/материалов.

Вес RLV должен быть минимизирован, чтобы оставить как можно больше доли для нагрузки. Вычислители в этих задачах используют машины с десятками тысяч процессоров. Используются мультипроцессорные коды, которые могут захватывать ограниченное число процессоров (100). Тем самым вычислители используют те машинные ресурсы, которые имеются у них в руках.

Отдельный вопрос численное изучение двигателя. Разрабатываются алгоритмы для проектирования низко-стоимостных машин для выхода в космос. Задача – создать численную опытную ячейку, которая позволит проектировать (ракетный) воздухопотребляющий двигатель и одновременно производить анализ его действия.

Применяется «виртуальное» увеличение, при котором инженер способен осуществлять анализ, находясь как бы внутри машины. Эти и другие приемы позволяют снизить стоимость и повысить надежность будущих толкателей RLV.

 

Спасательный аппарат X-38.

Назначение этого аппарата вернуть астронавтов со станции (ISS) при необходимости эвакуации (1997-2001). Однако рассматриваемый аппарат будет иметь способность экипажного транспортировочного корабля. Строящиеся самолеты CRV будут иметь 8,6м длины, 4,5м ширины и весить 4,8т. Технология приземления его следующая. При возвращении после входа в атмосферу он раскроет паракрыловой парашют в ~550м² чтобы парить над землей. Аппарат будет наводиться автоматически. Экипаж (максимум 7 чел.) сможет выбрать место посадки, маневрируя паракрылом.

Текущая оценка для программы $500 млн. В одном из полетов аппарат выполнил свой наивысший, наибыстрейший полет. Он был высвобожден с самолета-носителя на 12 км высоты и летел 45 сек, достигнув скорости 250 м/c перед выпуском парашюта и приземлением на оз.Роджерс.

 

X-43.

Он является одним из важных последних проектов X-самолетов (1998-2004).

Отметим, что при Махе 3 самолет может лететь с обычной турбореактивной машиной. Она включает: вход, через который воздух попадает в компрессор; компрессор, который повышает давление воздуха; сжигатель, где топливо впрыскивается и сжигается; турбину, где горячие продукты обрушиваются на лопатки, которая приводит в действие компрессор; и сопло, через которое расширение продуктов сгорания обеспечивает тягу. Машина из входа, сжигателя и сопла называется прямоточкой. Обещающим двигателем для гиперзвукового полета является прямоточка сверхзвукового горения или скрамджет. Однако возможности процесса его работы ограничиваются Махами 15-17.

Гиперзвуковой полет сопровождается тем, что ударные волны прижаты близко к поверхности самолета. Воздух становится очень горячим и ионизованным. Меняется физика обтекания элементов самолета в зависимости от его геометрии.

Отметим, что воздухопотребляющие аппараты, которые не способны преодолеть дополнительное сопротивление затупленности, будут создаваться с достаточно тонкими ведущими кромками. Следующее поколение гиперзвуковых аппаратов будет проектироваться чтобы ускоряться и лететь с минимальным сопротивлением.

Температуры ведущих кромок поведут к пределу технологии теплоизоляции (волокнистый карбид кремния с предельной Т=1500⁰С). Эти материалы имеют лучшие механические свойства в сравнении с эрой Шаттла. Сказанное относится и к наиболее теплонагруженным частям двигателя.

Кратко отметим технологию испытаний аппарата X-43. Уменьшенный аппарат сбрасывался из-под крыла В-52. Он был установлен на бортовой ракете Пегас, которая разгоняла его до скорости, при которой включался скрамджет. Первый полет был неудачным, т.к. сломались стабилизаторы ракеты Пегас.

Однако во втором полете аппарат успешно толкался впоследствии своим двигателем до М=10. Это был безусловный рекорд, но это означало и завершение программы.

По мнению специалистов НАСА необходимо продолжить гиперзвуковые исследования. Возможно сделать объединение проектов… «Мы летали при Махе 10 и даже если это только несколько секунд, мы должны двигаться дальше».

Суммарные характеристики X-43A: длина-3,6м, вес ~660 кг, числа Маха 7-10.

Несмотря на то, что программа потребует нескольких $ млрд, целью остается выполнение полета на орбиту на воздухопотребляющей машине. С той или иной комбинацией двигателя самолетный выход на орбиту поддерживается рядом высоких специалистов США, в частности организацией Национальная Космическая Инициатива. Этот проект предусматривает гражданское и военное применение машин. Ключевые технологии включают: эффективную аэродинамическую форму с высоким качеством, легковесные и термоустойчивые материалы, методики термического управления, включающие активное охлаждение и формирование соответствующей траектории (прыгающий полет Гипер-Сор).

 

Заключения.

 

1.      Ранние самолеты X-1 и далее X-2 -X-5  решали задачу преодоления скорости звука и полета при низких сверхзвуковых скоростях. Основной упор ложился на прочность самолета и его управляемость в отмеченном режиме по числам Маха. В рекорде самолет X-3 достиг числа Маха 3, в этой связи уже на ранних этапах стали вставать вопросы термопрочности.

 

2.      Ракетоплан X-15 составляет один из наиболее изученных аппаратов серии, он внес ряд пионерных вкладов в газодинамику и конструкцию X-самолетов. Поэтому итоги его испытаний дали ряд полезных заключений. По газодинамике – X-15 дал успешное приложение теории и трубных опытов к реальному полету, выявил что обтекающий гиперзвуковой поток турбулентный. По управлению – дал пример использования реактивных управлений и переход назад к газодинамическим. По прочности – X-15 представлял первую сверхсплавную структуру на Инконел-X и титановых сплавах.

                 Будучи преимущественно пилотируемым аппаратом он дал возможность исследовать проблемы устойчивости и управления. Были исследованы биомедицинские эффекты как невесомости, так и больших «g» для пилота.

 

3.      Ведущее место в летных данных по X-15 занимают вопросы теплозащиты. На X-15 использовалось “сморщивание” и “нанизывание” покрытия, ведущие теплозащищенные кромки были сегментированы. Это и другое позволило самолету справиться с тепловым ударом в режимах его полета.

 

4.      Особое место в ряду обсуждаемых самолетов занимает  аппарат Гипер-Сор, рассчитанный на снижение стоимости и повышение экономичности суборбитального – скачкового полета.

           Аппарат своими двигателями добирался до 60км, а затем падал назад до 35 км. Затем он вновь выталкивался двигателями в космос. Вне атмосферы двигатель выключался, помимо этого происходило охлаждение конструкции в космосе. В целом, такая колебательная траектория  придавала аппарату топливную экономичность и другие технологические преимущества.

 

5.      Важнейшим звеном в серии X-самолетов является аппарат X-30 NASP. Это аппарат SSTO горизонтального взлета и посадки. Предполагалось, что двигатель скрамджет сможет сообщить этому аппарату М=25.

             Технология структуры включает композиты и основанные на титане сплавы. Тепловые нагрузки системы 800-1000⁰С делают необходимым активное охлаждение.

              NASP требует огромных затрат $10 млрд для пары аппаратов и $17 млрд при переходе к фазе опытных пусков.

              Существенен вопрос для военных миссий аппарата; помимо гражданского транспорта это – стратегическая бомбардировка,

                                   -стратегическая воздушная оборона,

                                   -разведка и наблюдение.

              Как гражданский проект NASP не выдержал экономического соревнования с Шаттлом. В качестве военного – указанные миссии могут проводиться гораздо менее затратно другими аппаратами.

              Будучи без кредитоспособной миссии NASP был закрыт несмотря на его сторонников в 1995 г. По-видимому этот амбициозный проект опередил зрелость технологии воздухопотребляющей машины, а кроме того был запроектирован сразу как слишком крупный аппарат.

 

6.      Роль ракетопланов X-33, X-34 в том, чтобы существенно повысить долю полезной нагрузки, выводимой в космос. Нужно снизить затраты и количество обслуживающего персонала по сравнению с Шаттлом.

            В расчете на беспилотный автономный аппарат со стоимостью от $10 млн до нескольких $100 млн разработчики попытаются решить еще не решенные вопросы в ходе испытаний. Отметим, что X-33 запускается с Земли а X-34 с борта самолета.

 Отметим, что в проектах изучение комплекса аэрофизических вопросов осуществлялось на уменьшенных аппаратах.

 

7.      Новый ракетоплан X-37 намечается выводить в космос в грузовом отсеке Шаттла. Таким образом, ему надлежит быть орбитальным самолетом и двигаться при М=25.

X-37 напоминает Шаттл в миниатюре (вес 6т, длина 8,4м, размах крыльев 4,57м).   Аппарат будет толкаться ракетным двигателем с тягой в 2,1т. Задача отработать вход в атмосферу такого ракетоплана, в особенности его тепловой защиты.

     Уделим здесь место вычислительным усилиям по проектированию космических самолетов. Среди этих усилий можно назвать разработку передовых аэрокосмических систем, создание вычислительных опытных платформ и пакетов программ, служащих интерфейсом между приложениями и пользователями.

     Комплексная задача отработки мультирежимной аэродинамики и конструкции аппарата требует огромной вычислительной мощности.

     Численно разрабатываются проекты низкостоимостных аппаратов для выхода и возвращения из космоса. Особое внимание уделяется численному конструированию и моделированию двигателя. Это в совокупности повышает надежность будущих самолетов при резком снижении стоимости наземных и летных опытов.

 

8.      Специальный  аппарат X-38 разработан как спасательное судно для удаления со станции экипажа при угрозе. Между тем, будучи запущенным ракетой Ариан-5 этот корабль будет иметь функции экипажного корабля. Спуск в атмосфере у него несколько необычен. После входа в атмосферу раскрывается крупный паракрыловой парашют, которым можно маневрировать для выбора места посадки.

            Аппарат имеет 8,6м длины, 4,5м ширины и весит 4,8т. Аппарат удачно испытан при сбрасывании с В-52.

 

9.      Работа по проекту X-43 в основном связана с исследованием воздухопотребляющего толкания. В нем сосредоточена экономичность выхода в космос и его безопасность. До Маха 3 самолет может лететь с обычной турбореактивной машиной. При более высокой скорости воздух достаточно сжимается сам, нужно только впрыснуть топливо в сжигатель, выхлоп через сопло создаст нужную тягу- это прямоточный двигатель. Однако при нужных высоких скоростях в камере осуществляется сверхзвуковое горение топлива. Такой двигатель – скрамджет- разгоряет аппарат до М=8. Однако даже при использовании активного охлаждения топливом могут быть достигнуты лишь Махи 15-17.

      Только ограниченное число параметров скрамджета может быть изучено на наземных установках, требуется натурный полет. Этой цели и служат пуски подмасштабного X-43, в результате которых на X-43A была достигнута скорость в М=10.

 

10.  Гиперзвуковые ударные волны прижаты близко к поверхности аппарата, вызывают диссоциацию и ионизацию воздуха. С одной стороны эффективность гиперсамолета требует удерживать ударные волны слабыми. Но это идет в противоречие с затупленными ведущими кромками для снижения их нагрева.

            Воздухопотребляющие аппараты не смогут преодолеть дополнительное   сопротивление затупленности и будут строиться с тонкими кромками, при этом будут использованы более термостойкие чем на Шаттле материалы типа волоконного карбида кремния.

            Вместе с американскими специалистами мы полагаем, что гиперзвуковые аппараты, описанные в последних разделах, станут основным средством выхода в космос в 21 в. Но это потребует $10 млрд для обеспечения условий эффективного воздухопотребляющего полета на орбиту. 

 

(Обзор составлен по данным англоязычных Интернет-сайтов.)