Транспортный самолёт ВМ-Т «Атлант» ЭМЗ Мясищева

Постановлением ЦК КПСС и Совмина от 17 февраля 1976 г. советской промышленности было задано создание универсальной ракетно-космической транспортной системы (УРКТС) «Рассвет», которая в дальнейшем получила название «Энергия». Она должна была выводить на орбиту различные тяжелые аппараты, в т.ч. и ВКС «Буран». Отвечало за создание всей системы НПО «Энергия», а разработку советского космического «челнока» поручили НПО «Молния», в которое, кроме одноименного машиностроительного завода, вошли ОКБ «Буревестник» и мясищевский ЭМЗ.
С появлением ракетно-космической транспортной системы «Энергия»—«Буран» настала необходимость перевозки отдельных больших блоков на Байконур. В создании системы "Энергия" - "Буран" участвовали сотни крупных заводов, между которыми было распределено изготовление составных частей ракеты-носителя и планера орбитального самолета. Это создало серьезную проблему определения мест сборки и доставки этих частей к месту старта, на космодром. Первоначально предлагалось сосредоточить основные технологические процессы сборки на Байконуре, однако это было признано нецелесообразным, так как требовало организации там мощных производственных цехов и привлечения большого количества квалифицированных специалистов. Было решено на космодроме проводить только окончательную сборку и предстартовую отработку, а основной объем сборочных работ выполнять на головных заводах.

Сборка планера "Бурана" была поручена Тушинскому машиностроительному заводу. Для выбора средств его доставки из Москвы на Байконур были изучены возможности наземной и воздушной транспортировки. В Министерстве общего машиностроения состоялось совещание по этому вопросу. Расчеты показали, что материальные затраты на наземную транспортировку, требующую прокладки дорогостоящих шоссейных магистралей большой протяженности, недопустимо велики.
Варианты применения воздушных средств доставки планера оказались предпочтительнее. К такому же решению пришли и изготовители ракеты-носителя. Рассматривались два варианта воздушной транспортировки: вертолетная и самолетная.

Для вертолетной доставки предлагалось использовать только что появившийся вертолет Ми-26 грузоподъемностью 26 тонн. По этому проекту к крупногабаритным грузам большой массы (планер, отсеки ракеты) присоединялись тросами 2 или 3 вертолета, и такой "связкой" предлагалось следовать по маршруту, подобрав оптимальные значения высоты и скорости полета. Основанием для такого варианта послужил пример применения вертолетов для "крановых" операций, но опыта полетов "связками" не было.

В ЛИИ были проведены экспериментальные полеты с макетным грузом, имеющим конфигурацию бакового отсека ракеты. Испытания выявили сложность и опасности такого вида доставки. В одном из полетов при внезапно возникшей слабой турбулентности атмосферы началась "маятниковая" раскачка груза на тросах, вызвавшая нарушение устойчивости полета вертолетов, вследствие чего экипажи были вынуждены сбросить груз.

Расчетная оценка показала, что такая ситуация вероятна и в будущих полетах, причем при более интенсивных возмущениях атмосферы она может привести к катастрофическим последствиям. Отказу от этого варианта способствовала также экономическая нерентабельность его применения: малая дальность беспосадочного полета вертолетов с грузом на подвеске приводила к необходимости создания многочисленных, частых вдоль трассы, посадочных площадок с дозаправочными станциями.

Для самолетной доставки крупногабаритных фрагментов системы "Энергия-Буран" предназначался самолет Ан-124 "Руслан". Однако этот самолет находился еще в стадии постройки. Рассчитывать на него можно было только в перспективе, и следовало искать иные возможности. Была предпринята попытка использовать самолет Ан-22 “Антей”. Рассматривали два варианта: с размещением грузов сверху фюзеляжа и внутри него. Однако оба способа не были одобрены. Первый - оказался неперспективным ввиду сложности обеспечения путевой устойчивости и управляемости самолета при наличии столь крупного внешнего объекта. Второй - по причине прочностных и компоновочных проблем. В общем, самолет не получался даже в качестве временной меры.

В последствии Ан-22 все же приспособили к воздушным перевозкам грузов вне фюзеляжа. На этом кадре запечатлен момент транспортировки консоли крыла самолета Ан-225 “Мрия” с завода-изготовителя в Ташкенте на сборку в киевкое ОКБ Антонова. Специально для этих целей на Ан-22 был установлен третий киль, улучшающий путевую устойчивость и управляемость самолета.

С инициативой выступил Генеральный конструктор В.М.Мясищев, предложивший переделать в грузовой самолет стратегический бомбардировщик прошлых лет самолет 3М. Этот самолет обладал высоким аэродинамическим качеством, необходимым для выполнения полетов большой дальности, которым можно было пожертвовать при его переоборудовании в транспортировщик грузов.

Были рассмотрены два варианта его модификации. Первый вариант – с размещением грузов внутри увеличенного грузового отсека фюзеляжа (по типу самолета "Гэлакси"). Это требовало создания нового фюзеляжа увеличенного диаметра (10 м вместо 3м у самолета 3М). При этом планер "Бурана" должен был перевозиться с отстыкованными крыльями (размах крыльев "Бурана" ~ 24 м), что предусматривало снятие части плиточного теплозащитного покрытия. При этом велосипедное шасси самолета 3М необходимо было заменить на трехколесное. В итоге масса конструкции самолета возрастала, из-за чего снижалась его грузоподъемность. Но, главное, срок изготовления грузового варианта становился неприемлемым. Вторым В.М.Мясищев предложил вариант с меньшими переделками бомбардировщика, а именно с размещением грузов вне планера, на "спине" фюзеляжа, что позволяло транспортировать грузы с минимальным изменением их конфигурации. Идея размещения транспортируемых грузов вне аэродинамических обводов самолета в принципе была не нова. Такое решение широко используется в боевой и транспортной авиации всех стран. Новизна заключалась в необычных соотношениях между габаритами грузов и самолета-носителя (диаметр баковых отсеков ракеты - 8 м, диаметр фюзеляжа самолета - 3 м).

Его соображения были просты и ясны. Аэродинамическое качество его самолета ВМ-Т "Атлант" (3М-Т) для такого класса машин небывалое — 18. И если поместить на него груз весом 40 тонн и диаметром 8 метров, качество упадет до 12 — для грузового самолета нормальное. Кроме того, опорные стойки велосипедного шасси разнесены в самолете по размаху более 50 м.
Известно, что при внешнем размещении полезной нагрузки существенно меняются аэродинамические и массово-инерционные характеристики любого летательного аппарата, для оценки меняющихся из-за этого летно-технических данных проводятся серьезные исследования динамики движения и обеспечения безопасности эксплуатации. Задачи, которые нужно было решать при осуществлении предложения В.М. Мясищева, были намного сложнее традиционных. На эту тему в ОКБ шутили:

Необходимо было так изменить геометрию самолета 3М, чтобы стало возможным разместить на его планере все грузы новой системы, предназначенные для воздушной доставки. При этом установка на самолет каждого конкретного груза так значительно меняла его аэродинамические характеристики и упруго-массовую схему, что по существу образовывался летательный аппарат новой аэродинамической и динамической компоновки. В связи с этим возникала необходимость повторить все исследования по аэродинамике и прочности, проведенные ранее для самолета 3М при его создании.

Предложение В.М.Мясищева было встречено многими авиационными специалистами скептически. Оснований для сомнений было много. Как можно было разместить на готовом планере грузы, превышающие некоторые его габариты? Как преодолеть резкое возрастание лобового сопротивления, не ухудшив основные летные данные самолета? Удастся ли справиться с управлением самолета и обеспечить боковую устойчивость в полете при наличии дестабилизирующего воздействия от верхнерасположенных грузов? Как исключить опасность возникновения бафтинга оперения, который проявился в полете "Боинга-747" с кораблем "Спейс Шаттл"? У самолета 3М это явление могло стать более опасным. И, наконец, способна ли конструкция самолета, более 25 лет используемого в дальней авиации, выдержать нагружение в новых условиях эксплуатации, если она уже имеет многочисленные усталостные повреждения?

Главным из принятых конструкторских решений, как указывалось выше, была жертва долей высокого аэродинамического качества сверхдальнего самолета 18,5 для компенсации роста сопротивления от грузов на "спине". Это было допустимо, так как протяженность грузовых перевозок была задана меньшей, чем располагаемая дальность полета самолета 3М. Скорость полета, которую необходимо было снизить из-за установки грузов, благоприятно уменьшала нагрузки и повышала безопасность от флаттера. Положительным фактором в пользу трансформации самолета 3М в транспортировщик с грузом на "спине" было его шасси велосипедной схемы с вспомогательными поддерживающими стойками на концах крыльев. Такая схема обеспечивала устойчивость движения по земле при боковом ветре и предохраняла самолет от опрокидывания силами, действующими на помещенный над фюзеляжем груз. Явление бафтинга предполагалось максимально смягчить путем замены однокилевого вертикального оперения на двухкилевое.

Конструкция планера самолета 3М тщательно изучалась на протяжении всех 25 лет эксплуатации. Три самолета прошли за это время повторно-статические испытания на прочность в СибНИИА, по их результатам отслеживалась прочность самолетов, находящихся в строю. Они же должны были помочь найти решения по замене или усилению наиболее ответственных конструкций грузового самолета с учетом новых условий их нагружения. Обеспечить устойчивый и управляемый полет предполагалось внесением изменений в систему управления. Конечно, были необходимы детальные исследования всех вариантов динамической схемы самолета (с разными грузами) для определения нагружения упругой конструкции и обеспечения безопасности от флаттера и бафтинга.

Трансформация самолета 3М в транспортировщик грузов ВМ-Т "Атлант" (заводской шифр 3-35) потребовала внесения в его компоновку изменений, позволивших разместить все заданные грузы в комплектации:

1. ОГТ - планер орбитального корабля "Буран" (без киля);
2. 1ГТ - водородный бак центральной ступени ракеты-носителя "Энергия", с носовым и хвостовым обтекателями;
3. 2ГТ - кислородный бак, приборный и двигательный отсеки, головная часть центральной ступени ракеты "Энергия", объединенные в один агрегат, с носовым обтекателем, разбираемым на секции, и головной частью, используемой как хвостовой обтекатель;
4.3ГТ - головной и хвостовой обтекатели груза 1ГТ, состыкованные в один агрегат, с размещенным внутри разобранным на секции носовым обтекателем груза 2ГТ.

Разрабатываемые технические решения преследовали одну цель — доставить груз на место и не причинить вреда объекту транспортировки. Самым большим из них (по габаритам) был водородный бак 1ГТ, который предстояло оснастить съемными транспортировочными шпангоутами с узлами крепления к самолету, передним обтекателем и задним стекателем, придающим объекту приемлемую аэродинамическую форму. Ракетные баки — груз весьма деликатный. Это тонкостенные нежесткие оболочки, рассчитанные на продольные, а не поперечные нагрузки, требующие сохранения абсолютной чистоты во внутренних полостях.
При транспортировке водородный бак надувался азотом и герметизировался. Давление непрерывно контролировалось в полете системой измерений, показания которой были вынесены в кабину пилота в виде отдельного пульта. В случае разгерметизации становилась невозможной не только посадка, но и снижение самолета — вытекающий газ не может противодействовать быстро нарастающему внешнему давлению. И бак, потеряв свою форму, неминуемо привел бы к потере не только груза, но и самолета ВМ-Т "Атлант" (3М-Т).
Еще одна особенность этого груза: обтекатель и стекатель внутри полые и негерметизированные. Однако неконтролируемая их негерметичность может вызвать тот же эффект, что и при утечке газа в баке. Чтобы такое не случилось, применили наддув обтекателя и стекателя встречным потоком воздуха через специальные воздухозаборники. Для балансировки груз снабдили мешками с песком. Допустимый разброс положения центра масс не более 25 см, и это при массе 32 тонны и длине около 45 метров! Для ускорения темпов разработки и постройки самолета-носителя отобрали три заправщика и направили их на ресурсные испытания.

Груз 3ГТ использовался как контейнер для возвращения с космодрома на заводы-изготовители обтекателей для повторного применения, а также при необходимости для перевозок модуля кабины экипажа.

Как следствие, ВМ-Т "Атлант" должен был эксплуатироваться в пяти различных вариантах компоновки: четыре - с грузами 0ГТ, 1ГТ, 2ГТ, 3ГТ; один - без грузов (так называемый "автономный" вариант).

Крыло и остальная часть фюзеляжа (включая кабину) по размерам и форме не подвергались изменениям, как и носовая и главная стойки велосипедного шасси.

По результатам испытаний и выявлению наиболее слабых мест их усилили или заменили, изготовили новые панели крыла и фюзеляжа, обновили каркас.

Подкрыльные стойки шасси были заново спроектированы и изготовлены под увеличенные нагрузки, возникающие у самолета с грузами при посадках с креном и рулежках по аэродрому. Несущие конструкции крыла и фюзеляжа были усилены под нагрузки, определенные новыми условиями эксплуатации. Необходимые доработки были введены в топливную систему самолета. Двигатели 15Б заменены на более мощные - 17Д.

Для принятых пяти компоновок самолета были проведены исследования по аэродинамике, устойчивости и управляемости полета. Для каждого варианта груза определялось его наивыгоднейшее размещение на фюзеляже (по длине и высоте), исходя из условий:

- уменьшение лобового сопротивления;
- ограничение разброса моментных характеристик;
- получение нужных центровок;
- ослабление динамического воздействия вихревой пелены, сходящей с грузов, и газовых струй двигателей на хвостовое оперение (бафтинг).

Было установлено, что основные несущие характеристики, при внесенных изменениях в компоновку, для всех вариантов практически сохранились. Как и ожидалось, существенно (на 30... 35%) уменьшилось максимальное аэродинамическое качество. Возросшие аэродинамические моменты, возникающие от больших грузов (1ГТ и 2ГТ), были компенсированы упомянутым введением прямого стабилизатора большей площади. Дестабилизирующее боковое воздействие от грузов удалось полностью парировать шайбами вертикального оперения. Их избыточная площадь при полете без грузов потребовала введения в управление специального автоматического устройства, обеспечивающего необходимую устойчивость и управляемость (АСУУ). Было также проведено исследование аэродинамической интерференции между самолетом и грузами, выявившее картину распределения местных воздушных нагрузок на поверхности фюзеляжа и грузов. Исследования прочности позволили обеспечить минимальные затраты массы на изменение конструкции планера и одновременно решение проблемы аэроупругости. Этому способствовало принятое уменьшение скорости полета, снизившее расчетные нагрузки. Допустимые маневренные перегрузки, разрешаемые экипажу, были ограничены значениями:

В целях повышения безопасности эксплуатации были приняты большие расчетные значения перегрузок:

При определении динамических нагрузок и исследованиях по флаттеру были использованы материалы, полученные для тяжелых самолетов в ОКБ В.М.Мясищева в 50-е годы. Динамическое нагружение хвостовой части самолета от "бафтинга" исследовалось в аэродинамических трубах ЦАГИ и СибНИИА и контролировалось при летных испытаниях первого экземпляра самолета. Было доказано, что безопасность от бафтинга обеспечена для всех вариантов ВМ-Т. Напряжения в конструкции оперения и фюзеляжа при бафтинге оказались в пределах, не опасных для усталостной прочности.

Прочность шасси (основного и подкрыльного) была проверена статическими и динамическими испытаниями.

Одной из основных проблем использования агрегатов планера самолета 3М для самолета ВМ-Т было обновление их конструкции для обеспечения безопасной эксплуатации. Для обоснования ресурса, заданного самолету ВМ-Т, совместно с учеными ЦАГИ и СибНИИА были выполнены расчеты и проведены специальные испытания доработанной конструкции с учетом ранее выполненных исследований трех планеров самолета 3М.
Проектирование ЗМ-Т велось полным ходом, когда 14 октября 1978 г. скончался Генеральный конструктор Владимир Михайлович Мясищев. Исполняющим обязанности руководителя ЭМЗ был назначен главный прочнист фирмы В.А.Федотов, на плечи которого и легли заботы о завершении создания необычного «транспортника». Во второй половине 1979 г. на опытное производство ЭМЗ поступили два выделенных ВВС самолета ЗМН-2 (№№ 1402 и 1502). Их переделка велась в тесной кооперации со многими предприятиями министерств авиапромышленности и общего машиностроения, в частности, с заводом им. Хруничева, Ташкентским и Омским АПО. На каждой «эмке» провели обширный комплекс доработок, в том числе установили новую хвостовую часть и оперение, значительно усилили шасси и планер (например, отъемные части крыла стали трехлонжеронными), зашили бомболюк, демонтировали все вооружение.

Доработка конструкции контролировалась полноразмерными статическими испытаниями планера. Прочность транспортируемых грузов обеспечивалась их разработчиками.

Построили три самолёта, получивших обозначение ЗМ-Т, один передали в ЦАГИ для статиспытаний. Из двух летных один оборудовали штангой дозаправки топливом в воздухе.

Во второй половине восьмидесятых работы по программе УРКТС вышли на стадию летных испытаний, и весной 1987 г. самолеты ВМ-Т доставили на космодром компоненты системы для их окончательной сборки и подготовки старта. Увы, первый запуск закончился аварией — гигантская ракета и стотонный спутник упали в океан. Это несчастье значительно усилило позиции противников программы, среди которых были не только партфункционеры горбачевского ЦК, но и видные конструкторы-ракетостроители. Например, против системы «Энергия-Буран» в том виде, в котором она тогда существовала, выступал Герой Советского Союза известный космонавт, а в середине 1980-х гг. один из главных конструкторов космической техники К.Феоктистов.

И все же еще один запуск подготовить удалось. С помощью ВМ-Т на космодром доставили части второй УРКТС, а также «боевой» ВКС. «Буран» прибыл на Байконур уже с килем, однако без многих систем, так как грузоподъемность «эмки» не позволяла транспортировать его собранным полностью. Состоявшийся 15 октября 1988 г. беспилотный запуск завершился знаменитой триумфальной посадкой, однако этот успех на дальнейшую судьбу программы никак не повлиял. Вскоре работы свернули, и пара «Атлантов» осталась не у дел. В общей сложности они совершили около 150 испытательных и коммерческих полетов. В том числе самолет использовался как носитель для аналога космического корабля «Буран» (БТС-01). БТС-01 располагался на внешней подвеске над фюзеляжем самолета-носителя и должен был отделяться от него в полете с последующей самостоятельной посадкой. Во время испытательных тестов экипаж аналога БТС-01 состоял из летчиков-космонавтов Евгения Хрунова и Георгия Шонина, самолет-носитель пилотировали Юрий Когулов и Петр Киев. В последние годы ВМ-Т регулярно демонстрировался в полете с грузом на авиационных праздниках, а в августе 1992 года выставлялся на «Мосаэрошоу-92.

За специфический внешний вид — присущий бомбардировщику «поджарый» фюзеляж с громоздким контейнером на спине — ВМ-Т получил название «летающая бочка».

Стоит вспомнить, что ВМ-Т задумывался как временное решение. Максимальный груз, который он мог брать себе на "спину" не превышал 50 тонн. Что вносило много ограничений в космическую программу. С "Бурана" приходилось снимать часть оборудования, снижая его вес до 45 тонн. Да и в планах космических полетов предусматривалось в будущем перевозить на Байконур грузы массой до 200 тонн. Требовался самолет с большей грузоподъемностью. Именно таким проектом занимались в ОКБ Антонова. Новый транспортный самолет Ан-225 "Мрия" должен был брать себе на плечи 225 тонн груза. Но так сложилось, что к моменту первого и единственного полета "Бурана" в космос, "Мрия" не была готова. Космический корабль совершил свой полет 15 ноября 1988 года. А "Мрия" впервые поднялась в воздух лишь спустя месяц - 21 декабря того же года.

Получается, что ВМ-Т, который задумывался как временное решение, выполнил всю основную работу по перевозки элементов ракеты и корабля на космодром. А "Мрия", прошедшая испытания, возила "Буран" по всему миру, демонстрируя свои возможности на авиационных шоу в Европе и Америке. Секретность, стоящая вокруг космической программы, скрыла от общественности истинного героя этих транспортных перевозок. И даже сейчас многие считают что именно "Мрия" возила «Буран», про ВМ-Т «Атлант» ничего не знают.

На ЭМЗ им. В.М.Мясищева пытались найти применение уникальным спецсамолетам. В 1990-е гг. среди различных проектов рассматривался вариант использования ВМ-Т для воздушных испытаний ракетного двигателя на криогенном топливе Д-57, заинтересованность в котором проявляла Индия. В 1992 г. совместно с ЦАГИ и НПО им. А.М. Люльки в ОКБ им. В.М. Мясищева началась работа по созданию многоцелевого экспериментального носителя космических объектов «Демонстратор» на базе самолета ВМ-Т «Атлант», предназначенного для отработки воздушного запуска водородно-кислородного ЖРД с криогенными компонентами, исследования динамики разделения ВКС и самолета—носителя, создания системы управления беспилотными ВКС на этапах выведения, спуска с орбиты и автоматической посадки, а также изучения технологии обслуживания многоразовых систем выведения.

«Демонстратор» предполагалось использовать в программах создания перспективных российских ВКС, а также для отработки ракетно-космических модулей класса «Хорус», «Коргус» и «Хотол». На космических системах «Демонстратора» планировалось установить ЖРД Д-57М, созданный НПО «Сатурн». Стартовая масса ракетно-космического модуля — 50 000 кг, масса системы в сборке 165 000 кг, максимальная скорость ракетного модуля в конце активного участка полета — 2200 м/с (М=7). Кроме того, «Демонстратор» мог бы использоваться для вывода на орбиту небольших коммерческих грузов.

Велись также предварительные проработки по созданию на базе самолета ЗМ огромных транспортных систем, предназначенных как для перевозки различных негабаритных грузов, так и для воздушного запуска перспективных ВКС. Однако пока все эти проекты остаются на бумаге.

Варианты покраски:
1) 1989 год