Обтекаемый крылатый космический корабль под названием "DYNA-SOAR"

4 октября 1957 г. Советский Союз вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли "Спутник-1". Западные правительства были в глубоком шоке, и меньше чем через неделю ВВС США объединили проекты Brass Bell, RoBo и HYWARDS в единую программу разработки, насчитывающую три стадии и названную Dyna-Soar (от Dynamic Soaring - (Разгон и Планирование), в соответствии с методикой повторного входа в атмосферу Эйгена Зенгера).

Конференция, называемая в NASA Комитетом по Управлению Гиперзвуковыми Исследованиями, открытая 15 октября 1957 г. в Аэронавигационной Лаборатории НИЦ имени Эймса, определила направление работ по проекту Dyna-Soar, и предложила три различных подхода к пилотируемому космическому полету. Меньшая часть, во главе с Maxime Faget, приводила доводы в пользу чисто баллистического тела затупленной формы для входа в атмосферу, такой, какой по существу стали позже капсулы космический кораблей "Меркурий" и "Джемини". Другая меньшая часть одобрила подход "несущий корпус", тела затупленной формы, приспособленное ко входу в атмосферу и имеющее умеренное аэродинамическое качество, которой позволяло ему совершать ограниченные маневры во время входа в атмосферу. (Интересно отметить, что более поздние проекты капсул NASA имели в действительности даже несколько большее аэродинамическое качество. Фактически, Аполлон имел коэффициент отношения подъемной силы к сопротивлению C_x/C_y порядка 0,8:1 и конкурировал с некоторыми из ранее предложенных "несущих корпусов" в способности бокового маневра при входе в атмосферу, хотя никогда этим не пользовался). Оставшаяся часть конференции одобрила концепцию гиперзвукового планера с плоской нижней частью.

21 декабря 1957 г. Командование научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Военно-Воздушных сил (ВВС) выпустило Директиву ╧464L для "Первого шага" разработки системы Dyna-Soar, небольшого одноместного гиперзвукового РАКЕТОПЛАНА - демонстратора концепции.

Цели первого шага в разработке системы Dyna-Soar состояли в том, чтобы построить аппарат для получения данных о режимах полета, значительно превышающих режимы полета самолета X-15, при этом также получить средство, с помощью которого возможно было бы оценить возможности различных подсистем с военной точки зрения. Ожидалось получение скорости 12,250 миль/час и высоты 170,000 футов (51,9 км), используя стартовый ускоритель, выбранный для HYWARDS. Второй шаг включал бы достижение тех же целей, что и более ранняя программа Brass Bell. Двухступенчатый стартовый ускоритель разгонял бы аппарат до скорости 15,000 миль/час на высоте 350,000 футов (106,8 км), допуская при этом планирование на дальность 5,750 миль. Система должна была быть способна производить высококачественное фотографирование и радиолокационную разведку. Кроме того, она должна была способна выполнять ограниченные полеты с целью бомбардировки. Аппарат последнего, "Третьего Шага", включал большинство возможностей, предварительно предусматриваемых для RoBo. Однако имелся ввиду более сложный аппарат, способный к орбитальному полету при выполнении стратегической разведки и бомбардировочных полетов.

К 25 января 1958 г. ВВС имели список из 111 потенциальных участников конкурса на концептуальный демонстратор; десять компаний были выбраны, чтобы получить заявки на предложения, включая Bell, Boeing, Chance Vought, Convair, Douglas, General Electric, Lockheed, Martin Marietta, North American, и Western Electric. Позже, дополнительно к списку были добавлены три крупных аэрокосмических подрядчика, McDonnell, Northrop и Republic, хотя в результате объединения нескольких фирм в группы было фактически получено только девять предложений, которые могли конкурировать за получение контракта на научные исследования.

Различные предложения были представлены на рассмотрение комитету по выбору предложений в марте 1958 г., и представлены два основных подхода к выполнению первого орбитального полета. Первая концепция, получившая название "Сателлоид", использовала планер, летящий при скорости 17,400 миль/час на высоте 400,000 футов (122 км), имея таким образом глобальную дальность, как у спутника. Второй подход использовал планер, имеющий несколько больший коэффициент C_x/C_y, который мог облетать Землю, используя модифицированный вариант концепции Зенгера после того, как поднимался на высоту не более 300,000 футов (91,5 км).

Три подрядчика предложили первый подход; фирма Republic предлагала планер с дельтовидным крылом массой 16,000 фунтов (7258 кг), разгоняемый с помощью трехступенчатого твердотопливного стартового ускорителя и способный нести на борту одну большую ракету класса "Космос-Земля". Фирма Lockheed предложила планер аналогичной конструкции массой 5,000 фунтов (2268 кг), но предложенный ей носитель "Атлас" не давал возможность достичь аппарату глобальной дальности полета. Фирма North American рассчитала двухместную концепцию, названную X-15B, представляющую собой самолет с дельтовидным крылом, оснащенный уникальным жидкостным полутораступенчатым стартовым ускорителем с одноразовым баком, в чем прослеживается связь с космический кораблем типа Space Shuttle.

Другие шесть подрядчиков выбрали планер с высоким коэффициентом C_x/C_y. Фирма Convair предложила планер с дельтовидным крылом массой 11,300 фунтов (5126 кг), включающий воздушно-реактивные двигатели для посадки, хотя, что интересно стартовый ускоритель не исследовался (Интересно потому, что Convair был основным подрядчиком МБР "Атлас", предложенным в качестве носителя другими конкурентами. "Атлас" вскоре стал постепенно сниматься с вооружения как МБР, но был широко использован в проекте "Меркурий", и продолжает оставаться важным носителем для запусков в космос и в 1990-е годы). Проект фирмы Douglas использовал планер массой 13,000 фунтов (5897 кг) со стреловидным крылом, стартующий с помощью трех модифицированных ступеней МБР Minuteman, работающих параллельно. Добавление второй ступени позволяло бы аппарату достигнуть орбиты, но первоначально планер не имел соответствующих систем жизнеобеспечения для длительного орбитального полета. Фирма McDonnell предложила подобный проект со стреловидным крылом, но выбрала для старта модифицированную МБР "Атлас". Фирма Northrop предложила планер массой 14,200 фунтов (6441 кг), запускаемый гибридным ускорителем, использующим твердое горючее и жидкий окислитель. Группа Bell-Martin разработала планер массой 13,300 фунтов (6033 кг) с дельтовидным крылом и экипажем из двух человек. Аппарат должен был использовать модифицированную МБР "Титан" в качестве ракеты-носителя. Фирмы Boeing и Vought, собравшись с силами, предложили совместно небольшой планер массой 6,500 фунтов (2948 кг) с дельтовидным крылом, использующий связку двигателей МБР Minuteman в качестве стартового ускорителя. Планер группы Boeing-Vought был способен нести полезный груз в 500 фунтов (227 кг), который включал пилота в высотном скафандре и фактически оставлял слишком мало места для чего-нибудь еще.

С учетом ожидаемых ограничений финансирования, объединенное ведомство по проекту Dyna-Soar выпустило предварительный план работ, который вытеснил собой "трехшаговый" подход, одобренный в октябре 1957 г. Теперь программа состояла из двух фаз, первая из которых должна был оценить аэродинамические характеристики, эффективность присутствия на борту пилота и работу подсистем военного испытательного аппарата. Для достижения этих целей группы Boeing-Vought и Bell-Martin рассматривали Dyna-Soar как пилотируемый планер с большой стреловидностью крыла по передней кромке. Масса планера колебалась между 7,000 и 13,000 фунтами (3175-5897 кг), скорость составляла 17,000 миль/час на высоте 300,000 футов (91,5 км). Проектное ведомство настаивало на использовании связки твердотопливных ступеней МБР Minuteman в качестве стартового ускорителя для аппарата. При принятии предварительного плана разработки, утвержденного в марте 1959 г, ведомство полагало, что испытания аппарата со сбросом с самолета и планированием могли начинаться в январе 1962 г., продолжиться пилотируемыми суборбитальными испытательными полетами с июля 1962 г. и выполнением полностью орбитального полета в октябре 1963 г. Исследования системы оружия будут проводиться одновременно с разработкой аппарата, с обеспечением начальной боеготовности вооруженного аппарата Dyna-Soar II в конце 1967 г. Ожидалось, что Dyna-Soar II может использоваться для разведки, противовоздушной и противокосмической обороны и выполнения бомбардировочных миссий. Возможные системы оружия, предусматриваемые для аппарата Dyna-Soar II, включали управляемые ракеты класса "Космос-Космос", "Космос-Воздух" и "Космос-Земля", а также обычные бомбы.

23 апреля 1959 г. Директор по научным исследованиям и технике Министерства Обороны доктор Х.Ф.Йорк предпринял усилия, чтобы установить новые цели для аппарата Dyna-Soar I. Теперь аппарат должен был обеспечить до-орбитальные исследование в гиперзвуковом полете при скоростях до 15,000 миль/час. Никаких новых стартовых ускорителей разрабатывать не предполагалось. Вместо этого должен был быть запущен с помощью существующих носителей, принадлежащих ВВС или NASA. Вторичными целями на данном этапе финансирования должны были стать испытание различных военных подсистем и достижение орбитальных скоростей. Не удивительно, что ВВС не одобряли такой подход. Это противоречило тому, что вкладывалось в программу Dyna-Soar, и вело к искажениям программы и ее возможной смерти.

29 октября 1959 г. был выпущен еще один обзор требований к системе Dyna-Soar, и снова департамент Космоса ВВС выразил потребность в орбитальном аппарате с военными возможностями. 1 ноября проектное ведомство завершил другой план разработки, возвратившись к "трехшаговому" подходу. Первый шаг - пилотируемый планер массой от 6,570 до 9,410 фунтов (2980-4268 кг), который будет запущен по суборбитальной траектории с помощью модифицированного носителя Титан I. Второй шаг - использование более мощного ускорителя, чтобы достигнуть орбитальных скоростей и выполнять ограниченные военные работы. Третий шаг - создание полномасштабной орбитальной системы оружия, используя носитель Титан III. Теперь ожидалось, что первое из 19 испытаний со сбросом аппарата с самолета-носителя будет проведено в апреле 1962 г. На июль 1963 намечалось проведение первого беспилотного суборбитального полета. Восемь пилотируемых суборбитальных полетов планировались провести начиная с мая 1964, на что предполагалось потратить $493,6 миллионов, включая издержки разработки Dyna-Soar. Первый пилотируемый орбитальный полет как Второй шаг программы, мог быть выполнен в августе 1965 г. со стартового комплекса N40 станции ВВС Мыс Канаверал во Флориде. Этот план был одобрен Комитетом Систем Оружия ВВС 2 ноября 1959 г.

Группа Boeing-Vought была объявлена победителем конкурса на проект Dyna-Soar 9 ноября 1959 г. (Участие фирмы Vought в проекте в конечном счете свелось к разработке и изготовлению высокотемпературного носового закругления (наконечника). Позже эта работа дала фирме Vought возможность выжить, когда потребовалось разработать высокотемпературные законцовки носовой части и передней кромки крыла из материала "углерод-углерод" для корабля Space Shuttle.) Контрактом AF33 (600) -39831 был подписан 11 декабря 1959 г. Фирма Martin Marietta получила контракт на разработку варианта носителя Титан, приспособленного для выполнения пилотируемого полета. Dyna-Soar был официально обозначенная в ВВС как Система 620A 17 ноября 1959 г. Впоследствии, 27 апреля 1960 г., Военно-Воздушные силы заказали десять "серийных" аппаратов Dyna-Soar и присвоили им серийные номера ВВС от 61-2374 до 61-2383. Программа закупок запрашивала поставку двух аппаратов в течение 1965 г., четырех - в 1966 г., и двух в 1967 г. Два корпуса других аппаратов должны были использоваться для статических испытаний и беспилотных испытаний со сбросом с самолета-носителя, которые наиболее вероятно предполагалось завершить в 1965 г. 6 декабря 1960 г. было объявлено о заключении двух дополнительных контрактов: один с фирмой Honeywell для разработки основных бортовых системы и один с фирмой RCA десятью днями позже для разработки систем связи и передачи данных.

ФАЗА АЛЬФА

Последующее усилия конструкторов, направленные на разработку аппарата Dyna-Soar, потребовали почти два года. Первая фаза этих работ была названа достаточно логично как "Фаза Альфа". Подрядчики исследовали несметное число конструктивных решений. Был учрежден специальный комитет, известный как "Группа Альфа", предназначенный для сравнения технических данных и проектов, касающихся определения орбитального аппарата Dyna-Soar. Аппарат, который в конечном счете появился на свет, как иронично отмечалось, имел куда большее сходство с концепцией, предложенной группой Bell-Martin, чем более близкая к победе концепция группы Boeing-Vought. Он состоял из дельтовидного крыла с двумя концевыми шайбами вертикальных стабилизаторов и фюзеляжа со слегка приподнятой и закругленной на конце носовой частью. Он был изготовлен большей частью из экзотического суперсплава Rene-41 по концепции "горячей конструкции", но включал в себя тепловой экран из молибденового суперсплава на своей нижней поверхности. Испытания установили, что экран обеспечивает защиту для аппарата массой около 10.000 фунтов (4536 кг) при температуре приблизительно 2700⁰F (1480⁰С). Передние кромки крыла должны были закрываться сегментами из сплава молибдена, которые могли выдерживать температуры до 3,000⁰F (1650⁰С). Отдельные места аппарата, которые при входе в атмосферу нагревались по 4,300⁰F (2371⁰С), могли быть защищены армированным графитом и циркониевым полусферическим колпаком в носовой части фюзеляжа.

В начале 1960 г. ВВС объявили о проведении ряда испытаний по входе в атмосферу с использованием многоразового носового конуса RVX-2 (В оригинале RVX (или RVX-I) был первым носовым конусом МБР с абляционной защитой, спасенного после полета на большую дальность в мае 1958 г.). Аппарат RVX-2 планировалось запустить с помощью МБР "Атлас" со скоростью около М=22 для доказательства критического нагрева и аэродинамических испытаний некоторых подсистем Dyna-Soar. Бекер и МакЛеллан из НИЦ имени Лэнгли придумали довольно маловероятную совокупность испытаний, которая привела в тупик программу конического аппарата RVX-2. Приблизительно половина предложенных испытаний, связанных непосредственно с программой Dyna-Soar I, в то время как остальные имели более общий характер, включая испытание множества форм аппаратов типа "несущий корпус" для входа в атмосферу, а также нескольких конструкций хвостовой части. К сожалению для группы Dyna-Soar, ВВС позже отменили полеты RVX-2 из-за финансирования ограничений, хотя Бекер попробовал, хотя и неудачно, продолжить их под покровительством NASA.

Еще один план разработки, выпущенный 1 апреля 1960 г. позже предусматривал трехфазную программу, представленную в ноябре 1959 г. Чисто суборбитальный "Первый шаг" был теперь направлен к достижению четырех основных целей:

Теперь планировалось выполнить 20 воздушных запусков начиная с июля 1963 г. с использованием ракетного двигателя XLR-11, чтобы обеспечить скорости до М=2. Термин "воздушный запуск" в данном случае означает, что ракетный двигатель, установленный на аппарате, служит для достижения последним более высоких скоростей, чем те, что возможны при пассивном сбросе аппарата с самолета-носителя и планировании без двигателя. Первоначально в качестве такого двигателя рассматривался основной двигатель аппарата, наиболее вероятно XLR-11, однако когда к конструкции аппарата была добавлена тормозная двигательная установка (ТДУ), было установлено, что модифицированный вариант такой ТДУ может быть использован для выполнения воздушных запусков. Второй шаг был подразделен теперь на "Шаг IIA", предназначенный для сбора данных относительно маневрирования с орбитальными скоростями и работы военных подсистем, и "Шага IIB", целью которого было создание промежуточной действующей системы, способной к выполнению орбитальной разведки и инспекции спутников. Полностью рабочая система оружия стала целью "Шага III".

26 апреля 1961, ведомство Dyna-Soar выпустило предварительный план летных испытаний: 20 воздушных запусков последуют начиная с января 1964 г., два пуска беспилотных аппаратов состоятся начиная с августа 1964 г., а первый из 12 пилотируемых суборбитальных полетов состоится в апреле 1965 г. с помощью модифицированной ракеты "Титан II". В первых пилотируемых полетах, как ожидалось, будут достигнуты скорости от 11000 до 15000 миль/час. План также детализировал последующие испытания, включая одновитковый орбитальный полет с Мыса Канаверал до Эдвардса в апреле 1966 г. Появление промежуточного действующего аппарата, способного к выполнению разведки, инспекции спутников, снабжению станций и бомбардировочным полетам ожидалось к октябрю 1967 г.

Полностью рабочая система, оснащенная управляемыми ракетами классов "Космос-Земля" и "Космос-Космос", могла появиться в конце 1971 г. Весьма скоро после выпуска этого плана финансовые ограничения вынудили объединить цели "Шага I" и "Шага IIA", хотя фактический план летных испытаний не изменялся.