Т. Щербаков. Секретный предшественник “Бурана”: как БОР-4 выдержал ад спуска из космоса

5 декабря 1980 года с советского полигона был осуществлён суборбитальный полёт аппарата БОР-4С — события, которое осталось в тени громких космических запусков, но сыграло ключевую роль в судьбе одного из самых амбициозных проектов отечественной космонавтики. Под сухой аббревиатурой скрывался беспилотный орбитальный ракетоплан, предназначенный для отработки технологий, без которых многоразовый корабль «Буран» просто не смог бы существовать. Именно БОР-4 должен был первым пройти через ад плазменного кокона, пережить нагрев до экстремальных температур и доказать, что советская система теплозащиты способна выдержать возвращение из космоса.

По сути, БОР-4 стал летающей лабораторией — уменьшённой, беспилотной копией орбитального корабля, созданной для проверки одного из самых сложных и рискованных элементов всей программы. Эксперт Pro Космоса Игорь Афанасьев отмечает, что без этих экспериментов говорить о реальных орбитальных полётах «Бурана» было бы невозможно. Инженерам предстояло решить задачу, с которой ранее в СССР не сталкивались в таком масштабе: обеспечить надёжную, многоразовую защиту аппарата от колоссальных тепловых нагрузок при входе в атмосферу.

С самого начала разработки «Бурана» стало ясно, что именно система теплозащиты станет его главным технологическим узлом и одновременно самым уязвимым местом. Орбитальный корабль должен был одинаково уверенно существовать в вакууме космоса и выдерживать разрушительные условия атмосферного спуска. Диапазон температур, с которым предстояло работать конструкторам, был поистине экстремальным: от минус 120 градусов в космосе до почти 1700 градусов Цельсия в наиболее нагруженных зонах. Такие значения были характерны для носового обтекателя и передних кромок крыла — участков, принимающих на себя основной тепловой удар.

На рубеже 1970-х годов в Советском Союзе попросту не существовало материалов, которые одновременно обладали бы высокой жаростойкостью, прочностью, низкой теплопроводностью, малой массой и, что принципиально важно, пригодностью для многократного использования. Ранние попытки решить эту задачу предпринимались ещё в конце 1960-х — начале 1970-х годов в рамках авиационно-космической программы «Спираль», которую вёл ОКБ-155 под руководством Артёма Микояна. Тогда рассматривались варианты металлической теплозащиты из жаропрочных сплавов, однако эксперименты лишь обозначили масштаб проблемы: такие решения получались чрезмерно тяжёлыми, сложными и недостаточно надёжными.

Проект «Спираль» сам по себе был технически дерзким. Он предусматривал создание многоступенчатой авиационно-космической системы, включавшей гиперзвуковой самолёт-разгонщик, двухступенчатый ракетный блок и орбитальный самолёт. Запуск должен был осуществляться горизонтально: разгонщик выводил систему в стратосферу, разгонял до гиперзвуковых скоростей, после чего включались ракетные ступени, разгонявшие орбитальный аппарат до первой космической скорости. Однако довести эту схему до практических орбитальных полётов так и не удалось — программа была свёрнута с началом работ над «Бураном».

24 февраля 1976 года для реализации нового проекта было создано Научно-производственное объединение «Молния», которому поручили разработку планера многоразового орбитального корабля. Его главный конструктор Глеб Лозино-Лозинский позднее вспоминал, что опыт «Спирали» показал бесперспективность металлической теплозащиты: она оказывалась слишком массивной и плохо подходила для многоразовой эксплуатации. В этот момент советские инженеры были вынуждены обратиться к альтернативным решениям, включая керамические материалы — по тому же принципу, который использовался в американской программе Space Shuttle.

Проблема заключалась в том, что в СССР отсутствовало сырьё, необходимое для производства кварцевых волокон, из которых формировались теплозащитные плитки. Рассматривались даже варианты импорта кварцевого песка из Бразилии. Впоследствии подходящие месторождения удалось найти и на территории Советского Союза, но это было лишь началом пути. Технологию производства плиток, их крепления, проверки и замены предстояло создавать с нуля.

Для наиболее нагруженных участков — носового кока и передних кромок крыла — был разработан углерод-углеродный композит, способный выдерживать температуры до 1650 градусов. Однако высокая плотность делала его непригодным для покрытия всей поверхности аппарата: такая защита оказалась бы слишком тяжёлой. Поэтому для зон с меньшими тепловыми нагрузками применялись материалы на основе кварцевого волокна, обеспечивавшие оптимальный баланс между массой и термостойкостью.

Силовая конструкция «Бурана», как и американского шаттла, изготавливалась из высокопрочных алюминиевых, титановых и магниевых сплавов, а также полимерных композитов. Эти материалы допускали нагрев не выше 160 градусов Цельсия, что делало наличие внешней теплозащиты жизненно необходимым. В результате внешняя поверхность планера была покрыта несколькими типами многоразовой защиты, тщательно распределёнными в зависимости от ожидаемых тепловых потоков при спуске.

Именно для проверки всей этой сложной, многослойной системы и был создан БОР-4 — аппарат, который должен был первым принять на себя удар реального космического возвращения и доказать, что советский «Буран» способен не просто выйти на орбиту, но и безопасно вернуться домой.

Керамический щит орбитального корабля

Основную тепловую нагрузку при возвращении из космоса «Буран» принимал на себя нижней поверхностью и боковыми участками планера. Именно здесь при спуске температура могла достигать 1200–1250 градусов Цельсия, и для защиты этих зон применялась наиболее совершенная на тот момент теплозащита. Поверхность закрывалась керамическими плитками, изготовленными из высокочистого кварцевого волокна. Каждый элемент имел сравнительно небольшие размеры — порядка пятнадцати сантиметров по стороне, однако толщина варьировалась в широких пределах, от четырёх до одиннадцати сантиметров, в зависимости от конкретного теплового режима участка.

Внешняя сторона плиток покрывалась чёрным боросиликатным стеклом, обладавшим высокой излучательной способностью. Это решение было принципиальным: плитка не столько «держала» тепло, сколько эффективно избавлялась от него. До 98 процентов теплового потока отводилось за счёт переизлучения в окружающее пространство, а не аккумулировалось внутри конструкции. Такой подход резко снижал нагрузку на силовой набор планера и позволял сохранить его работоспособность после многократных полётов.

Для участков верхней и боковой поверхности, где тепловые нагрузки были существенно ниже и не превышали 600–700 градусов, использовались аналогичные по составу плитки, но с иным внешним покрытием. Здесь применялось стеклообразное защитное покрытие белого цвета, отражающее солнечное излучение в условиях орбитального полёта. Таким образом, теплозащита «Бурана» работала в обе стороны: защищала аппарат как от адского жара при спуске, так и от перегрева на солнечной орбите.

Испытания, которым не было аналогов

Создание теплозащитной системы «Бурана» не ограничивалось лабораторными расчётами. Инженеры понимали, что поведение материалов в реальных условиях может радикально отличаться от стендовых прогнозов. Поэтому программа испытаний была выстроена поэтапно и включала в себя практически все возможные виды проверок.

Сначала элементы теплозащиты проходили наземные испытания в тепловакуумных камерах и плазменных установках, где моделировались температурные и газодинамические условия, близкие к тем, что возникают при входе в атмосферу. Параллельно проводились проверки на акустические и вибрационные нагрузки, поскольку во время старта и спуска плитки подвергались мощнейшим механическим воздействиям.

Следующим шагом стали лётные эксперименты. Образцы теплозащиты устанавливали на самолёты-лаборатории Ил-18 и МиГ-25 и испытывали при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Плитки размещались на наружных поверхностях фюзеляжа в зонах максимальных скоростных напоров, где сочетались высокая температура, давление и турбулентность потока. Эти полёты позволили выявить слабые места креплений и уточнить поведение материалов в динамике.

Однако решающим этапом должны были стать испытания в космосе. Только реальные условия орбитального полёта и атмосферного спуска могли дать окончательный ответ на вопрос: выдержит ли теплозащита «Бурана» свой главный экзамен.

Возвращение к наследию «Спирали»

Здесь вновь оказался востребован опыт специалистов Лётно-исследовательского института имени М. М. Громова. Ещё в конце 1960-х годов, задолго до появления программы «Буран», они совместно с инженерами ОКБ-155 и других организаций создали серию беспилотных орбитальных ракетопланов, получивших общее обозначение БОР. Эти аппараты разрабатывались в рамках проекта «Спираль» и предназначались для изучения аэродинамики, устойчивости и тепловых нагрузок на границе космоса и атмосферы.

В период с 1969 по 1974 годы по суборбитальным траекториям были запущены семь аппаратов БОР-1, БОР-2 и БОР-3 в масштабах 1:3 и 1:2 от расчётных размеров орбитального самолёта «Спирали». Эти полёты дали огромный массив данных о распределении тепловых потоков, работе теплозащитных материалов и особенностях управления при гиперзвуковом спуске.

В 1975 году в одном из подразделений ЛИИ под руководством Владимира Уткина появился эскизный проект нового летно-экспериментального комплекса. Его центральным элементом должен был стать аппарат БОР-4, запускаемый ракетой-носителем К65М-РБ4 с космодрома Капустин Яр. Планировалось, что он выйдет на орбитальную траекторию, выполнит полёт в космосе, затем совершит управляемый аэродинамический спуск и завершит миссию парашютной посадкой. Изначально эти работы ещё формально относились к программе «Спираль».

Как «Спираль» превратилась в БОР-4

С началом активной фазы разработки «Бурана» стало очевидно, что прежние компоновки экспериментальных аппаратов нуждаются в серьёзной переработке. Первые варианты, продуваемые в аэродинамических трубах Центрального аэрогидродинамического института имени Н. Е. Жуковского, не обеспечивали требуемого подобия орбитальному кораблю и не давали корректных тепловых режимов.

Выход был найден благодаря предложению начальника отдела ЦАГИ Владимира Нейланда и заместителя главного конструктора НПО «Молния» Евгения Самсонова. Они предложили взять за основу обводы носовой части «Бурана» и дополнить аппарат хвостовой частью, необходимой для балансировки. Такой подход позволял добиться правильного соотношения массы и площади миделя и, как следствие, воспроизвести тепловые потоки, близкие к натурным условиям на передних рядах теплозащитных плиток.

Глеб Лозино-Лозинский позже описывал это решение как момент, когда проект «Спираль» фактически переродился в БОР-4. На модели космического аппарата смонтировали полноценную теплозащиту и отправили её по траектории спуска, максимально близкой к будущему полёту «Бурана». Масштаб 1:2 оказался оптимальным: он позволял точно воспроизвести аэродинамику, тепловые нагрузки и поведение плиток в условиях, практически идентичных реальному орбитальному возвращению.

Именно так БОР-4 стал тем самым промежуточным звеном между смелыми теоретическими расчётами и реальным полётом многоразового корабля — аппаратом, который первым принял на себя проверку огнём и открыл дорогу триумфальному, хотя и единственному, полёту «Бурана».

Летающая лаборатория на границе космоса и атмосферы

Аппарат БОР-4 создавался как автоматический летательный комплекс, предназначенный для воспроизведения реальных условий спуска орбитального корабля. По своей сути он был уменьшенной копией орбитального самолёта системы «Спираль», адаптированной под задачи экспериментальных полётов. Его конструкция сочетала в себе сразу несколько аэродинамических режимов, что делало БОР-4 уникальной летающей лабораторией.

На начальном этапе спуска аппарат использовал схему несущего корпуса, характерную для гиперзвуковых летательных аппаратов. По мере снижения и входа в более плотные слои атмосферы в работу вступало крыло, которое до этого момента находилось в сложенном положении. Такая комбинированная схема позволяла точно воспроизводить аэродинамику будущего «Бурана» в наиболее критических фазах полёта.

Габариты аппарата были сравнительно компактными: при длине менее четырёх метров и стартовой массе около полутора тонн БОР-4 нёс на себе сложнейший комплекс систем управления, телеметрии и посадки. Аппарат полностью функционировал в автоматическом режиме, не имея возможности ручного управления, что изначально закладывало крайне жёсткие требования к надёжности всех бортовых систем.

Полёт по одновитковой орбите

Во время старта БОР-4 размещался под аэродинамическим обтекателем ракеты-носителя, а его крылья складывались вдоль фюзеляжа характерным «шалашиком». После отделения от носителя обтекатель сбрасывался, и аппарат переходил к автономному полёту. Стабилизация на орбите обеспечивалась системой микродвигателей ориентации, которые удерживали аппарат в заданном пространственном положении на протяжении одного витка вокруг Земли.

На втором витке БОР-4 выполнял ориентацию перед включением тормозной двигательной установки. Именно этот момент считался одним из самых ответственных: ошибка в расчётах или сбой в системе управления могли привести к сходу с расчётной траектории и утрате аппарата. Дополнительным фактором риска была география полёта — включение двигателя происходило над густонаселёнными районами Западной Европы, что накладывало серьёзные внешнеполитические ограничения и требовало абсолютной точности.

Траектория спуска рассчитывалась таким образом, чтобы аппарат завершал полёт в заранее определённой зоне, где его можно было быстро обнаружить и эвакуировать. Основным вариантом посадки являлось приводнение с последующим подъёмом силами флота.

Управляемый спуск и работа крыла

По мере входа в атмосферу консоли крыла начинали разворачиваться, формируя заданный угол атаки. Это решение имело сразу несколько целей. Во-первых, оно обеспечивало самобалансировку аппарата на гиперзвуковых скоростях. Во-вторых, позволяло перераспределить тепловые потоки таким образом, чтобы основной удар приходился на нижнюю поверхность, а передние кромки крыла были защищены от перегрева.

После полного раскрытия крыло обеспечивало статическую устойчивость по курсу, а управление по крену осуществлялось за счёт дифференцированного отклонения консолей. Балансировка происходила на высотах порядка 60–70 километров при крайне больших углах атаки, что делало полёт БОР-4 ближе по режимам к баллистическому спуску, чем к классическому планированию.

После основного этапа аэродинамического торможения аппарат переходил к резкому снижению, выполняя крутую спираль в верхних слоях атмосферы. Это позволяло быстро погасить остаточную скорость и подготовиться к посадке. На высоте около семи с половиной километров раскрывался парашют, а характерная скорость снижения указывала на необходимость приводнения для смягчения удара о поверхность.

После касания воды автоматически надувался конический сигнальный баллон с мигающим фонарём, который увеличивал плавучесть аппарата и одновременно поднимал над поверхностью антенны поисковой системы. С этого момента БОР-4 превращался в цель для спасательных сил, которым предстояло успеть раньше возможных иностранных наблюдателей.

Испытание теплозащиты в боевых условиях

Одной из главных задач БОР-4 была проверка многоразовой теплозащиты «Бурана» в условиях реального полёта. На алюминиевую обшивку аппарата наклеивались керамические плитки из ультратонкого кварцевого волокна, а также гибкие теплоизоляционные маты на основе органического войлока и фенолформальдегидной ткани. Такая комбинация позволяла сравнивать поведение различных типов защиты в одинаковых условиях.

Носовой кок, испытывавший наибольшие тепловые нагрузки из-за малого радиуса закругления, изготавливался из углерод-углеродного композита. Для дополнительной защиты использовалась волоконная теплоизоляция и жаропрочный крепёж. Внутренние полости консолей заполнялись фетром, пропитанным водой, загущенной до гелеобразного состояния. При нагреве вода испарялась, обеспечивая дополнительное охлаждение конструкции.

Телеметрическая система БОР-4 была насыщена датчиками. Более полутора сотен термопар фиксировали температурные поля на поверхности аппарата, а данные с акселерометров, датчиков угловых скоростей, давления и положения консолей передавались на Землю при пролётах над измерительными судами и наземными пунктами. Этот массив информации стал основой для окончательной доводки теплозащитной системы «Бурана».

Морская операция под пристальным взглядом разведок

С 1980 по 1984 год с 107-й площадки космодрома Капустин Яр было выполнено пять запусков БОР-4 с использованием модифицированных ракет-носителей «Космос-3М». Формально полёты объявлялись исследованиями верхних слоёв атмосферы, однако масштабы морских операций выдавали их истинное значение.

Первая орбитальная миссия потребовала развертывания в Индийском океане крупной поисково-спасательной группировки ВМФ СССР. В операцию были вовлечены командные, спасательные и научно-измерительные суда, а также боевые корабли прикрытия. Маршрут пролёта, протяжённостью около пятидесяти тысяч километров, завершался приводнением западнее Австралии, в районе Кокосовых островов.

Активность советских кораблей не осталась незамеченной. Американские и австралийские самолёты-разведчики постоянно сопровождали эскадру, а после объявления ТАСС о закрытии района для испытаний сомнений в характере миссии не осталось. Кульминация наступила 4 июня 1982 года, когда аппарат под названием «Космос-1374» завершил спуск и появился на волнах с ярким сигнальным конусом.

Подъём БОР-4 проходил в условиях настоящего противостояния нервов. Над районом зависали вертолёты Ка-25, садившиеся для дозаправки на качающиеся палубы, а над самим аппаратом низко кружил американский «Орион», пытаясь зафиксировать объект. Лишь демонстративный пуск сигнальной ракеты заставил самолёт-разведчик отойти на безопасную дистанцию.

Так БОР-4 выполнил свою миссию — не только как испытательный аппарат, но и как молчаливый участник одной из самых напряжённых технологических дуэлей холодной войны.

Охота в Индийском океане: как США и Австралия пытались перехватить БОР-4

Операция по подъёму БОР-4 после приводнения оказалась куда более напряжённой, чем предполагалось в штабных расчётах. На катере, который первым подошёл к аппарату, находились не только моряки, но и гражданские специалисты. Именно им предстояло выполнить одну из самых опасных задач — отключить систему самоуничтожения БОР-4. До ввода секретного кода аппарат фактически представлял собой плавучую мину: любое неосторожное воздействие могло привести к его уничтожению. Пока система оставалась активной, ни буксировка, ни подъём были невозможны.

Код удалось ввести, однако это стало лишь началом новых проблем. Попытки поднять аппарат на борт поисково-спасательного судна «Ямал» долгое время не приносили результата. Несмотря на продолжительную буксировку, из-за ветра, течений и сильной волны подвести БОР под сетку бортового подъёмного устройства не удавалось. Корпус «Ямала» к тому моменту заметно приподнялся — запасы топлива, воды и продовольствия подошли к концу, а увеличившаяся парусность судна лишала экипаж точности манёвра.

Ситуация стремительно выходила из-под контроля. Во время очередного сближения аппарат ударился носовым коком о борт катера и едва не ушёл под воду. Опасность усугублялась тем, что топливо системы управления при приводнении не слилось полностью. В любой момент ядовитые пары могли отравить людей, находившихся рядом с аппаратом.

Лишь на очередном этапе операции БОР-4 удалось надёжно поймать в сетку, поднять на палубу «Ямала» и зафиксировать. Слив топлива производили дистанционно. По воспоминаниям участников, этот момент выглядел пугающе даже для опытных моряков. Наблюдавший за происходящим с командного судна «Чумикан» Владимир Дмитриев вспоминал, что в момент слива топлива казалось, будто «Ямал» взорвался: огненно-рыжий факел полностью скрыл из вида шеститысячетонный корабль. Дальнейшее, по его словам, было уже «делом техники».

В Севастополе аппарат встречали на самом высоком уровне. После завершения операции БОР-4 приветствовал Герман Титов — второй космонавт СССР, генерал-лейтенант авиации, руководитель Государственной комиссии и первый заместитель начальника Главного управления космических средств. Его участие было не формальностью: уровень противодействия со стороны иностранных флотов оказался настолько серьёзным, что Титов направил прямое обращение в Комиссию по военно-промышленным вопросам при Совете Министров СССР. В документе он указывал на высокую вероятность перехвата аппарата американцами и предлагал перенести район посадки будущих миссий в Чёрное море.

Второй заход под прицелом разведок

Несмотря на эти опасения, второй орбитальный полёт БОР-4, состоявшийся 16 марта 1983 года, вновь завершился приводнением в районе Кокосовых островов. На этот раз к операции подготовились ещё тщательнее. В точке посадки дежурили командное судно «Чумикан», научно-измерительное судно «Космонавт Павел Беляев», поисково-спасательные корабли «Ямал», «Апшерон» и «Донбасс», а также большие противолодочные корабли «Ташкент» и «Способный».

Приводнение прошло точнее, чем в первый раз, несмотря на сложные погодные условия. Однако и иностранные военные сделали выводы из предыдущего опыта. Австралийские ВВС сумели получить куда более детальные фотографии эвакуации аппарата, получившего обозначение «Космос-1445». Анализ снимков привёл западных экспертов к неожиданным выводам: на них были отчётливо видны элементы, которые можно было интерпретировать как признаки пилотируемого корабля — иллюминаторы и плиточная теплозащита, внешне напоминавшая покрытие американского шаттла.

Эти кадры вызвали волну публикаций и спекуляций в западной прессе. СМИ заговорили о скором появлении «русского мини-шаттла», не понимая, что перед ними — экспериментальный аппарат, предназначенный исключительно для отработки технологий.

Эвакуация «Космоса-1445» прошла успешно, хотя сопровождалась демонстративным давлением со стороны иностранных сил. По словам Сергея Писарева, экипаж «Ямала» заметил снайпера на борту вертолёта Bell OH-58 Kiowa, зависшего над районом операции. Австралийские военные корабли подходили на минимально допустимую дистанцию, позволяя советским морякам разглядывать матросов и даже экраны с западными фильмами, выставленные на палубах — своеобразная психологическая игра холодной войны.

Итоги и наследие программы БОР-4

Третий и четвёртый орбитальные полёты БОР-4 было решено завершать приводнением в Чёрном море, в районе Севастополя, чтобы исключить прямое вмешательство иностранных флотов. Однако даже это решение не избавило программу от политических осложнений. Траектория спуска проходила через воздушное пространство Великобритании и ФРГ на высотах порядка 60–80 километров, что вызвало дипломатический резонанс и повышенный интерес западных спецслужб.

Третий орбитальный полёт, известный как «Космос-1517», состоялся 27 декабря 1983 года. Хотя западные военные так и не получили ожидаемых фотоматериалов, они зафиксировали передачу сигнала о выдаче тормозного импульса над Северной Атлантикой, что подтвердило выполнение миссии.

Четвёртый полёт, «Космос-1614», прошёл 19 декабря 1984 года и вплоть до финального этапа развивался штатно. Однако незадолго до посадки неожиданно сработала система самоуничтожения, и аппарат был полностью разрушен. Его обломки так и не были обнаружены.

Пятый орбитальный полёт отменили — к этому моменту задача отработки теплозащиты «Бурана» была успешно решена. Программа БОР-4 выполнила свою миссию. Впервые в истории отечественной космонавтики удалось в реальных условиях исследовать тепловые и аэродинамические процессы при спуске с орбитальных скоростей. Были детально изучены температурные поля, влияние межплиточных зазоров, каталитическая активность покрытий в плазме, риски потери элементов теплозащиты и пути снижения её массы.

Полученные данные легли в основу последующих программ. На их базе был создан аппарат БОР-5 — аэродинамически подобная модель «Бурана» в масштабе 1:8, предназначенная для изучения сверхзвукового полёта в атмосфере. Позднее в ЛИИ разработали БОР-6 для исследования радиосвязи в плазменном облаке, однако политические и экономические события начала 1990-х годов поставили на этих работах крест.

Парадоксально, но именно БОР-4 оказал влияние и на зарубежные разработки. После анализа фотографий аппарата Исследовательский центр NASA имени Лэнгли начал углублённые исследования его компоновки. В сочетании с собственными наработками по схемам «несущего корпуса» эти данные стали основой для проектов HL-20, HL-42 и Dream Chaser — американских мини-шаттлов нового поколения.

Так программа, остававшаяся в тени «Бурана», стала одним из самых недооценённых, но фундаментальных вкладов СССР в развитие мировой аэрокосмической техники.

Источник

Публикация на Телеграф