Проект воздушно-орбитального самолета (ВОС) «Спираль» явился логическим развитием имевшегося в ОКБ-155 Артема Ивановича Микояна задела по противоспутниковому оружию, создававшемуся с момента запуска первого ИСЗ. Как только Первый спутник своим знаменитым «бип-бип-бип» возвестил человечеству о начале космической эры, это авиационное КБ сразу стало заниматься космосом. Такое развитие событий было вполне естественным, если понимать образ мышления соратников А. И. Микояна. Ракетчики оказались в космосе, образно говоря, «сразу», благодаря техническим особенностям баллистических ракет. Мечтая о космосе, они все-таки изначально решали практическую задачу - доставить определенный груз из одной точки земной поверхности в другую. Полеты в космос как самостоятельная область деятельности явились приятным следствием совершенствования первых баллистических ракет.

К моменту запуска первого спутника реактивная авиация уже фактически подошла к границе космоса (точнее сказать, к верхней границе атмосферы), но только снизу. Спутник открывал авиаторам новые перспективы, ускорив уже десятилетиями существовавшее стремление к новым рубежам. Да и кому, казалось бы, заниматься космосом, как не авиационной промышленности с ее
многочисленными заводами, разнообразными смежниками, обширной кооперацией, многоопытными отраслевыми научными институтами? К тому же им уже было понятно, что космос -это не только новая сфера деятельности, космос (в первую очередь военный) - это новые заказы с колоссальным финансированием, подкрепленным ресурсами всей национальной экономики. Еще одним побудительным мотивом для рывка авиаторов в космос было желание уберечься от гонений на авиацию, которые предприняло политическое руководство страны в лице Н.С. Хрущева в конце 1950-х годов. Хотя предприятие Микояна последствий этого гонения в тот момент еще не ощущало, большинство других авиационных ОКБ были либо насильственно переведены на ракетную тематику, либо были вынуждены «добровольно» заняться ею ради выживания.

Этим и объясняется повальное «завлечение» космическими разработками ОКБ-155. Госкомитета по авиационной технике (ГКАТ), где такие работы начались в 1958 г. Имея богатый опыт создания истребителей и самолетов-перехватчиков, предприятие в конце 1950-х годов сосредоточилось на вопросах противодействия спутникам-разведчикам и их перехвата. В документах того времени такая деятельность именовалось «противоспутниковой обороной». Тогда же появились первые идеи по созданию и применению противоспутникового оружия и первые космические проекты. Внутри КБ инициатором этих работ был талантливейший инженер-расчетчик В.А. Шумов, который искренне считал, что никакой технической границы между атмосферными и космическими полетами не существует. Будучи уникальным расчетчиком, он предложил много концепций противоспутникового оружия. Самые первые варианты борьбы с американскими разведывательными спутниками кажутся наивными с позиций сегодняшнего дня и могут вызвать только улыбку (например, в 1958-1959 гг всерьез предлагалось сблизиться с вражеским спутником и замазать краской его фотообъективы), но в процессе дальнейших работ и погружения в тематику постепенно пришло понимание всей сложности и серьезности проблемы. Результатом этих изысканий стал проект создания системы противоспутниковой обороны на базе ракеты Р-7.

Ведущим инженером по теме ракеты-противоспутника в ОКБ-155 был назначен 3.Е. Берсудский. Это назначение выглядело внутри КБ достаточно странным с учетом того, что Зиновий Ефимович был главным прочнистом фирмы. Проведенные под его руководством исследования позволили сделать следующие выводы:
- в качестве целей должны рассматриваться неманевренные спутники с высотой полета 300-1000 км;
- для поражения ИСЗ необходимо создать территориальную систему обнаружения и сопровождения космических объектов со средствами поражения, распределенными по средней широте СССР.

В качестве активного поражающего средства была предложена трехступенчатая ракета-противоспутник Р-7, стартующая с земли и обеспечивающая вывод в зону цели полезного груза (ПГ), представлявшего собой противоспутник-перехватчик. Его задачей являлось окончательное сближение с целью путем самонаведения и ее поражение. Вывод противоспутника в зону начала самонаведения планировалось осуществлять при помощи инерциальной системы наведения, а процесс самонаведение должен был осуществляться на малых скоростях сближения с использованием маневровых ЖРД на высококипящих компонентах топлива. Область поражения предполагалось создавать при помощи субснарядов контактного действия, которые после предварительной раскрутки разбрасывались под действием центробежных сил вдоль траектории полета. Радиосистема позволяла передавать на Землю сообщение о поражении цели, а также телеметрию по работе бортовой аппаратуры противоспутника в течение всего процесса самонаведения. Для фиксации момента поражения цели субснарядом на борту противоспутника планировали расположить фотоэлемент, который должен был реагировать на вспышку в момент подрыва. Противоспутник с функциями орбитального инспектора планировалось оснастить более мощной боевой частью (за счет отказа от центрифуги для разбрасывания субснарядов) и установить на нем фототелевизионное оборудование, при помощи которого фотоизображение цели можно было передавать на Землю для создания картотеки целей.

16 ноября 1960 г Артем Микоян совместно с Сергеем Королевым и Григорием Кисунько (главным конструктором национальной системы противоракетной обороны - «системы А») обратились с соответствующим предложением к руководству СССР, направив доклад на имя Н.С. Хрущева. В предполагавшейся кооперации Королев предоставлял свою ракету Р-7, Кисунько - радиолокационные средства системы «А» (успешно испытанные на 10-м главном научно-исследовательском испытательном полигоне Сары-Шаган), а Микоян брался разработать противоспутник. Тогда их предложение не нашло поддержки: Н. С. Хрущев отдал предпочтение В. Н. Челомею (у которого работал сын Никиты Сергеевича - Сергей Хрущев), предложившему создать унифицированные космические аппараты - беспилотный спутник-перехватчик ИС (истребитель спутников), спутник-мишень и космический аппарат морской разведки и целеуказания УС, которые предполагалось выводить в космос собственной ракетой УР-200.

Микоян по собственной инициативе продолжил работу по этой тематике, но теперь уже внутри Минавиапрома, взяв за основу один из своих МиГов. В середине 1961 г по его инициативе в ОКБ-155 совместно с Военно-воздушной инженерной академией имени Н. Е. Жуковского и НИИ Минобороны СССР начались поисковые исследования в области противоракетной обороны. Основу этой системы должен был составлять самолет-перехватчик Е-155 (впоследствии ставший известным как МиГ-25) с подвесной ракетой класса «воздух-космос». Тема получила шифр Е-155Н («носитель»). Самолет-носитель должен был нести один из трех вариантов аэробаллистической ракеты, предназначенной для уничтожения на больших дальностях работающих радиолокационных станций противника. В базовом варианте двухступенчатая ракета с ЖРД имела стартовую массу 7-8 т и предназначалась для поражения воздушных целей в диапазоне высот от 5 до 36 км при скорости цели до 4000 км/ч и на дальности до 500-600 км.

Схема полета ракеты предполагалась следующей: после запуска с Е-155Н ракета выходит из плотных слоев атмосферы и, двигаясь по баллистической траектории, снова возвращается в атмосферу в районе цели. Система наведения ракеты, сверив координаты цели с текущей траекторией полета, выдает команды на управляющие аэродинамические поверхности для компенсации ошибок, возникших из-за неточного выхода самолета-носителя в район пуска, разброса его динамических параметров (скорости, высоты и траекторного угла) в момент разделения и накопленных отклонений на баллистическом участке полета. Анализ показал, что наибольшие отклонения могли возникнуть из-за погрешности в ориентации самолета-носителя по азимуту в момент пуска (когда задавалась плоскость баллистического участка движения ракеты), поэтому система наведения ракеты на конечном участке полета должна была уметь компенсировать серьезные боковые ошибки траектории за счет активного маневрирования в атмосфере. Исследования по теме Е-155Н проводились в строжайшей секретности из-за большой степени неопределенности ожидаемых результатов и поэтому регулярно докладывались лично А. И. Микояну. Эти исследования закончились подтверждением принципиальной возможности вывода полезного груза с самолета типа МиГ-25 в заданную область околоземного пространства и даже (с большой вероятностью) в нужный момент времени.

В силу различных причин тема Е-155Н дальнейшего продолжения не получила, но именно тогда коллектив ОКБ приобрел первый опыт разработки аппарата, осуществляющего аэродинамическое маневрирование при возвращении в атмосферу. В процессе работ стало ясно: если увеличить энергетику самолета-носителя, то в принципе так же можно доставить на околоземную орбиту и корабль с космонавтом. До «Спирали» остался всего один шаг, и его предстояло сделать Глебу Евгеньевичу Лозино-Лозинскому. Формально начало работ по воздушно-космическим самолетам (ВКС) в СССР было положено письмом главнокомандующего ВВС маршала авиации К. А. Вершинина, с которым он в августе 1962 г. обратился к начальнику ЦАГИ В. М. Мясищеву и к руководителям других профильных институтов. В письме указывалась необходимость форсирования исследований в направлении создания орбитальных и воздушно-космических самолетов.

Включение в тематический план ВВС раздела по военным орбитальным аппаратам было вызвано логикой глобального противостояния с США и появлением необходимых технологических предпосылок для начала развертывания поисковых работ в этом направлении. Проведенные в ЦНИИ-30 Министерства обороны СССР в первой половине 1960-х гг исследования показали наличие весьма важных военных задач, которые либо не могли быть полностью решены существовавшими или находившимися тогда в разработке ракетными и космическими средствами, либо решались ими недостаточно эффективно. К таким задачам в первую очередь относилось:
- получение в мирное время, угрожаемые (предвоенные) периоды и после начала войны в заданное время и в сжатые сроки:
- детальной разведывательной информации о состоянии и функционировании важнейших вражеских стратегических объектов;
- данных о расположении подвижных средств нападения противника (стратегической авиации, авианосных ударных соединений) для предупреждения внезапного нападения и обеспечения эффективного противодействия этим объектам нашими стратегическими носителями ядерного оружия;
- поражение важнейших подвижных (морских) и малоразмерных объектов противника на любых удалениях, а также площадных целей на очень больших удалениях;
- разведка (инспекция) и поражение важных космических целей противника, в том числе (и в особенности!) замаскированных ложными целями;
- обеспечение регулярной, надежной и безопасной доставки людей и грузов с Земли на космические базы-станции и обратно.

Анализ показал, что для решения этих задач требовалось иметь на вооружении такое пилотируемое космическое средство многоразового действия, которое обладало бы следующими свойствами:
- оперативностью;
- возможностью формировать самые разнообразные орбиты, наиболее выгодные для решения различных задач;
- значительными маневренными возможностями на этапе возвращения, которые позволили бы при самых разнообразных орбитах иметь ограниченное число точек посадки;
- возможностью точной посадки в заранее выбранные районы для обеспечения регулярных, достаточно частых полетов в мирное время и безопасного приземления в угрожаемые периоды и в военное время;
- экономичностью для осуществления достаточно частых полетов.

В 1964-1965 гг ученые и специалисты ЦНИИ-30 в рамках темы, получившей шифр «Спираль», разработали концепцию создания принципиально новой авиационно-космической системы, которая наиболее рационально совмещала в себе идеи самолета, ракетоплана и космического аппарата (КА) и выполняла бы все вышеуказанные требования. Система состояла из пилотируемого маневренного многоразового орбитального самолета (ОС) различного назначения, его одноразового (на первых порах) ракетного ускорителя и многоразового пилотируемого самолета-разгонщика. Таким образом, перечень требований военных в значительной степени определил будущий облик системы. Было очевидно, что для решения поставленных задач орбитальные самолеты нужно создавать в вариантах разведчика, ударного ракетоносца, инспектора-перехватчика и транспортного самолета. К поисковым работам по теме «Спираль» на этапе подготовки аванпроекта был привлечен ряд головных организаций авиационной промышленности, общего машиностроения, радиопромышленности, электронной промышленности и министерства обороны.

Итак, в соответствии с пятилетним тематическим планом ВВС по орбитальным и гиперзвуковым самолетам приказом министра авиационной промышленности №184сс от 30 июля 1965 г практические работы по «крылатой» космонавтике в нашей стране были поручены ОКБ-155 Минавиапрома Артема Микояна. В том же году был подписан план работ по новой теме, которую возглавил сам Артем Иванович Микоян. Тема по созданию многоступенчатого воздушно-орбитального самолета (ВОС, в современной терминологии - авиационно-космической системы, АКС) сохранила индекс «Спираль» и получила шифр «50-50». Чтобы не мешать другим работам, по указанию Микояна из отделов, работавших по всем направлениям деятельности КБ, был набран коллектив, которому выделили отдельное рабочее помещение. На первом этапе определения облика системы общее руководство проектированием осуществлял «главный теоретик» КБ - заместитель генерального конструктора А.А. Чумаченко. Техническое руководство легло на плечи другого заместителя генерального - Г.П. Дементьева. Спустя несколько месяцев к работам был привлечен и самый сильный газодинамик микояновской фирмы - 55-летний Г.Е. Лозино-Лозинский. Вот как об этом периоде вспоминает Владислав Васильевич Студнев, начавший свою работу в ОКБ Микояна в 1965 г.:
«Программу "Спираль" нам спустили военные, из НИИ-30 Министерства обороны, как противоядие американским аппаратам M2-F1/M2-F2, масштабные модели которых к тому времени уже летали в космос. Поэтому нам нужно было догонять. В 1965 г нас собрали в отдельной комнате, завели каждому секретные рабочие тетради, и мы бросились вдогонку за американцами разрабатывать орбитальный самолет. Но Артем Иванович Микоян поступил очень разумно - он сразу привлек ЦАГИ, ЛИИ, и как оказалось, совершенно не готовую к этой работе Академию наук СССР. Мы хотели узнать, что есть у наших ученых "в пробирках", что можно было бы использовать, но нам толком ничего полезного так и не дали».

Осенью 1965 г, по мере продвижения работ, возникла необходимость консолидировать силы внутри ОКБ и налаживать взаимоотношения со смежниками - теме понадобился полноценный главный конструктор. Несмотря на загруженность по другим работам (и вызванное этим несогласие Минавиапрома) на должность главного конструктора «Спирали» был назначен Г.Е.Лозино-Лозинский. При поддержке Микояна ему удалось собрать как внутри ОКБ, так и на смежных предприятиях единый творческий коллектив, состоявший в основном из молодых исполнителей, для которых «Спираль» стала хорошей школой. В числе технических руководителей проекта наряду с Г. Е. Лозино-Лозинским и Г.П.Дементьевым, были Я.И. Селецкий (компоновка), Е.А. Самсонов (аэродинамика) и Л.П.Воинов (тепловое проектирование), стоявшие у самых истоков «Спирали».

Когда приступили к первым проектным проработкам облика и профиля полета будущего орбитального самолета, конструкторы обратились к схеме «несущий корпус». Вот как вспоминал об этом в марте 2007 т. заместитель начальника отделения ФГУП РСК «МиГ» (такое название сегодня имеет ОКБ Микояна) Юрий Федорович Полушкин:
«Выбор схемы "несущий корпус" объяснялся двумя причинами. Первая вытекала из простого логического рассуждения: спутник, летящий по орбите ИСЗ, может иметь любую пространственную форму, в то время как полет в атмосфере подчинен строгим законам аэродинамики, и поэтому требует не только обтекаемой формы летательного аппарата, но и наличия крыла с высоким аэродинамическим качеством для создания необходимой подъемной силы. Следовательно, сам собой напрашивался вывод: при проектировании аппарата, предназначенного для функционирования как в открытом космосе, так и для полета в атмосфере, нужно искать компромисс, выбирая некую промежуточную форму, каковой и является аэродинамическая схема "несущий корпус". Только так можно было создать успешно действующий двухсредный аппарат».

С позиций сегодняшнего дня такие исходные рассуждения могут показаться наивными, но важно другое: конструкторы смогли интуитивно угадать основные преимущества несущего корпуса - возможность снижения температуры поверхности по сравнению с капсулой, меньшую омываемую площадь поверхности по сравнению с «чисто крылатым аппаратом», требующую теплозащитного покрытия, и меньшую массу конструкции при приемлемом аэродинамическом качестве, обеспечивающем достаточный боковой маневр и посадку на аэродром по-самолетному.

Вторая причина была достаточно традиционной - информация, поступавшая из-за рубежа. Наше ОКБ очень часто смотрело на зарубежные публикации и направления работ. В какой-то моменту нас стали активно обсуждаться варианты трансатмосферных ЛА. В таких аппаратах необходимо было совместить возможность полета как в заатмосферных участках, когда можно забыть про аэродинамику, так и спуск в атмосфере, когда требовалось управлять аппаратом, выполнять необходимые маневры не только с помощью двигателя, но и за счет аэродинамики. Тогда мы стали изучать американские работы по созданию аппаратов по схеме "несущий корпус" и пришли к выводу о целесообразности использования этой схемы и у нас. Более того, зарубежная информация подтверждала правильность выбора такой аэродинамической компоновки. И нужно сразу сказать - в силу авиационного профиля ОКБ мы изучали пути создания именно самолета для трансатмосферных полетов, способного летать в верхних слоях атмосферы на гиперзвуковых скоростях и в космосе, а не космического аппарата, спускающегося сквозь атмосферу при посадке.

Был и еще один фактор, сыгравший существенную роль не только в облике будущего аппарата, но и в предложенных впоследствии профилях полета и вариантах его применения: мы, чего греха таить, достаточно сильно увлекались работами Зенгера. Идея-то у него была здравая, другое дело, что до сегодняшнего дня ее не смогли реализовать. Конечно, сам Зенгер не все понимал: например, он не учитывал теплопрочности, огромных тепловых нагрузок на конструкцию, он рассматривал все лишь с силовой точки зрения, оставив тепловые вопросы вне своего поля зрения, но в целом его схема не устарела до сих пор.

Так постепенно, суммируя весь накопленный и постоянно пополняемый опыт, в первой половине 1960-х годов в ОКБ-155 Артема Микояна подошли к формированию облика воздушно-орбитального самолета «Спираль». Когда знакомишься с материалами по проекту «Спираль», невольно ловишь себя на мысли, что, если не обращать внимания на пожелтевшие машинописные страницы и несколько устаревшую терминологию, то перед нами не документы сорокалетней давности, а конструкторская документация сегодняшнего дня, причем разработанная с учетом как минимум десятилетней перспективы развития авиационно-космических систем! Рассмотрим поподробнее этот уникальный сверхсекретный советский проект космического оружия Лозино-Лозинского.

Заказчиком - руководителем работ от ВВС был назначен начальник заказывающего управления генерал-лейтенант Фролов Сергей Григорьевич, а военно-техническое сопровождение поручено начальнику ЦНИИ-30 З.А. Иоффе, его заместителю по науке В. И. Семенову и начальникам управлений В. А. Матвееву и О. Б. Рукосуеву как основным разработчикам концепции воздушно-орбитального самолета. В соответствии с требованиями заказчика конструкторы взялись за разработку многоразового двухступенчатого ВОС, состоящего из гиперзвукового самолета-разгонщика (ГСР) и военного орбитального самолета с ракетным ускорителем. Старт системы предусматривался горизонтальный, с использованием разгонной тележки, отрыв происходил на скорости 380-400 км/ч. После набора с помощью двигателей ГСР необходимых скорости и высоты происходило отделение ОС, и дальнейший разгон производился с помощью ракетных двигателей двухступенчатого ускорителя, работавших на фтороводородном (Fg+Н2) топливе. Боевой пилотируемый одноместный ОС многоразового применения предусматривал использование в различных вариантах (дневного фоторазведчика, радиолокационного разведчика, перехватчика космических целей или ударного самолета с ракетой класса «Космос - Земля» и мог применяться для инспекции космических объектов. Масса самолета во всех вариантах составляла 8800 кг, включая 500 кг боевой нагрузки в вариантах разведчика и перехватчика и 2000 кг у ударного самолета.

Диапазон опорных орбит составлял 130-150 км по высоте и 45-135° по наклонению в северном и южном направлениях при старте с территории СССР, причем задача полета должна была быть выполнена за 2-3 витка (третий виток посадочный). Маневренные возможности ОС с использованием бортовой ракетной двигательной установки на высокоэнергетических компонентах топлива - фтор F2 + амидол, должны были обеспечивать изменение наклонения орбиты для разведчика и перехватчика на 17°, для ударного самолета с ракетой на борту (и уменьшенным запасом топлива) - на 7-8°. Перехватчик также был способен выполнить комбинированный маневр - одновременное изменение наклонения орбиты на 12° с подъемом на высоту до 1000 км. Орбитальный самолет мог погружаться в атмосферу для совершения аэродинамического маневра по изменению плоскости орбиты. После выполнения орбитального полета и включения тормозных двигателей ОС должен входить в атмосферу с большим углом атаки. Управление на этапе спуска осуществлялось за счет изменения крена при постоянном угле атаки. На траектории планирующего спуска в атмосфере задавалась способность совершения аэродинамического маневра по дальности 4000-6000 км с боковым отклонением ± 1100-1500 км.

В район посадки орбитальный самолет должен был выводиться с вектором скорости, направленным вдоль оси ВПП, что достигалось выбором программы изменения крена. Маневренность самолета позволяла обеспечить посадку в ночных и сложных метеоусловиях на один из запасных аэродромов на территории Советского Союза с любого из трех витков. Посадка совершалась с использованием турбореактивного двигателя (ТРД) РД36-35 разработки ОКБ-36 на грунтовой аэродром II класса со скоростью не более 250 км/ч. К двигателю предъявлялись требования по непрерывной работе - не менее 6 минут.

Согласно аванпроекту «Спирали», подписанному 29 июня 1966 г Г.Е.Лозино-Лозинским и утвержденному генеральным конструктором А. И. Микояном, ВОС с расчетной массой 115 т представлял собой состыкованные воедино крылатые многоразовые аппараты горизонтального взлета-посадки - 52-тонный гиперзвуковой самолет-разгонщик (получивший индекс «50-50»), выполненный по интегральной схеме (плавное сопряжение крыла, фюзеляжа и воздухозаборника), и расположенный на нем пилотируемый ОС (индекс «50») с двухступенчатым одноразовым ракетным ускорителем - блоком выведения. Индекс «50» был не случаен: близилась пятидесятая годовщина Великой Октябрьской социалистической революции, и такие даты было принято встречать новыми трудовыми успехами. «Спираль» должна была стать одним из них. Эти «торжественные» обозначения служили, в первую очередь, для внешнего употребления. Много позже сам Глеб Евгеньевич так объяснял индекс «50-50»: «В системе было 50% от авиации и 50% от космонавтики». Впоследствии орбитальный самолет получил индекс «105», гиперзвуковой самолет-разгонщик - индекс «205», и вся тема соответственно поменяла обозначение с «50-50» на «105-205».

Используя четыре воздушно-реактивных двигателя (ВРД), работавших на жидком водороде, ГСР разгонял ВОС до гиперзвуковой скорости, соответствующей М=6 (около 1800 м/с). Затем на высоте 28-30 км (при угле тангажа 25-31) происходило разделение ступеней, после чего разгонщик возвращался на аэродром, а ОС с помощью ЖРД блока выведения выходил на рабочую орбиту. Для ускорения летной отработки ГСР предусматривалась установка на нем четырех двигателей Р-39-300, работавших на керосине и имевших примерно аналогичный расход воздуха. ВОС позволял вывести на полярную орбиту высотой 130-150 км при стартовом параллаксе до 750 км ПГ массой до 10,3 т при использовании на самолете-разгонщике силовой установки на жидком водороде либо ПГ массой до 5,0 т - с силовой установкой на керосине (при двухступенчатом ускорителе на компонентах топлива F2+Н2). Из-за неосвоенности жидкого фтора для ускорения работ по ВОС в целом в качестве промежуточного шага предлагалась альтернативная разработка двухступенчатого ракетного ускорителя на кислородно-водородном топливе и поэтапное освоение фторного топлива на ОС - сначала использование высококипящего топлива на азотном тетраксиде и несимметричном диметилгидразине (АТ+НДМГ), затем фтороаммиачное топливо (F2+NH3), и только после накопления опыта планировалось заменить аммиак на амидол.

Таким образом, коллектив ОКБ-155 А. И. Микояна летом 1966 г принялся за разработку ВОС, который благодаря особенностям заложенных конструктивных решений и выбранной схеме самолетного старта позволял реализовать принципиально новые свойства:
- вывод на орбиту ПГ, составляющего 9% и более от взлетной массы системы;
- уменьшение стоимости вывода на орбиту одного килограмма ПГ в 3-3,5 раза по сравнению с ракетными комплексами на тех же компонентах топлива;
- вывод КА в широком диапазоне направлений и возможность быстрого перенацеливания старта со сменой необходимого параллакса за счет самолетной дальности;
- самостоятельное перебазирование самолета-разгонщика;
- сведение к минимуму необходимого количества аэродромов;
- быстрый вывод боевого ОС в любую точку земного шара;
- эффективное маневрирование ОС не только в космосе, но и на этапе спуска и посадки;
- самолетная посадка в сложных метеоусловиях или ночью на заданный или выбранный летчиком аэродром с любого из трех витков.

В то же время конструкторы уже на этапе аванпроекта видели пути дальнейшего совершенствования системы. В первую очередь планировалось достичь существенного повышения эффективности ВОС за счет разработки многоразового ускорителя с ПВРД со сверхзвуковым горением, что позволяло в перспективе создать полностью многоразовый комплекс. Конструкторы надеялись, что указанные особенности системы обеспечат ее экономическую целесообразность, оперативное решение военных задач и эффективное использование околоземного космического пространства в военных целях. Для натурной обработки конструкции и основных систем, которые в дальнейшем должны были применяться на боевых самолетах, в аванпроекте был детально проработан экспериментальный пилотируемый одноместный ОС многоразового применения. Для ускорения работ, не дожидаясь разработки ГСР, планировалось выводить его на орбиту с помощью РН «Союз» (изделие 11А511 разработки ОКБ-1 С.П.Королева). Также был разработан аналог орбитального самолета, запускаемый с самолета-носителя Ту-95КМ аналогично ракете Х-20.

В связи с большой сложностью программы «Спираль» проектом предусматривалась поэтапная отработка системы:
I этап. Создание пилотируемого самолета-аналога (индекс изделия «50-11») массой около 11850 кг (без топлива - 4300 кг, запас топлива 7450 кг, в том числе топливо для ТРД - 300 кг), с тремя ракетными двигателями, стартующего с самолета-носителя Ту-95КМ. Самолет-аналог не имеет массогабаритного и приборного сходства с орбитальным самолетом. Цель испытаний -отработка аэродинамики аппарата, органов газодинамического управления, режимов работы топливной системы на компонентах АТ+НДМГ, оценка тепловых режимов в условиях, близких к космическому полету (максимальная высота полета 120 км, максимальная скорость полета соответствует М=6-8) и входу в атмосферу. На самолете-аналоге должны были быть отработаны привод на аэродром и посадка. Планировалось изготовить и испытать три самолета-аналога. План предусматривал полет на дозвуковой скорости с посадкой в 1967 г, полет на сверхзвуке и гиперзвуке - в 1968 г. Стоимость работ - 18 млн рублей.  Этот этап, по сути, являлся аналогом американского проекта X-15 и не был реализован в металле.

II этап. Создание одноместного экспериментального пилотируемого орбитального самолета (ЭПОС, индекс изделия «50», прототип боевого варианта) массой 6800 кг для натурной отработки конструкции и летного подтверждения характеристик основных бортовых систем. Запуск - с помощью РН «Союз» с выводом на орбиту высотой 150-160 км и наклонением 51°, где аппарат совершает 2-3 витка с отработкой на орбите газодинамического маневра (топливо АТ+НДМГ) для изменения плоскости орбиты до 8°, а затем выполняет спуск и посадку, как полноразмерный ОС. Предусматривалось полное внешнее, системное и конструктивное (по конструкционным и теплоизоляционным материалам) сходство с боевым ОС. Планировалось изготовить и запустить четыре самолета в беспилотном (1969 г.) и пилотируемом (1970 г.) вариантах. Стоимость работ - 65 млн рублей.

III этап. Создание ГСР. Для ускорения работ планировалось создать и испытать сначала полноразмерный самолет с двигателями, работающими на керосине (летные испытания четырех аппаратов с достижением скорости М=4 - в 1970 г., стоимость работ 140 млн рублей). После накопления данных по аэродинамике и эксплуатации на гиперзвуковой скорости - перейти на водородное топливо, для чего необходимо было изготовить и испытать четыре аппарата. Летные испытания ГСР на водороде - 1972 г, стоимость работ - 230 млн рублей. В дальнейшем самолет-разгонщик с двигателями на керосине планировалось использовать для первичной подготовки и тренировки летного состава в процессе эксплуатации комплекса в штатной комплектации.

IV этап. Испытание полностью укомплектованной системы, состоящей из ГСР и ОС с ракетным ускорителем (двигатели самолета-разгонщика работают на керосине) - 1972 т. Поскольку возможности «керосинового» ГСР ограничены, программа испытаний не включала вывод на орбиту пилотируемого ОС. После всесторонней отработки и проверки всех систем, в 1973 г. планировалось проведение летных испытаний полностью укомплектованной системы с двигателями, работающими на водороде, и пилотируемым ОС. Дальнейшие работы должны были быть связаны с переходом на жидкий фтор (!), используемый в качестве окислителя на ракетном ускорителе и орбитальном самолете. Предполагалось также развертывание работ по созданию вместо ракетного ускорителя эффективной многоразовой второй ступени, оснащенной гиперзвуковым прямоточным двигателем (ГПВРД), использующим жидководородное топливо. К моменту подписания аванпроекта план совместных работ ОКБ-670, ЦАГИ и ЦИАМ в этом направлении уже был составлен и утвержден.

С 1967 г из-за неопределенности работ по гиперзвуковому самолету-разгонщику, название «Спираль» стало использоваться применительно к орбитальному самолету, разрабатывавшемуся на первых двух названных этапах работ. Рассмотрим основные компоненты ВОС и принятые конструктивные решения подробнее.

Гиперзвуковой самолет-разгонщик

Техническое задание на разработку ГСР было составлено начальником отдела теории систем ОКБ Микояна Н.Завидоновым и его заместителем В.Щепиным на основе требуемых характеристик ГСР. Военные задачи для боевого применения ГСР были сформулированы заместителем начальника ЦНИИ-30 генерал-майором авиации А.Молотковым. Эти задачи Молотков согласовал в военном отделе ЦК и через ЦК КПСС подготовил предложения в «Разрешение на оформление проекта правительственного Постановления». Изначально предполагалось, что самолет-разгонщик будет делать ОКБ Туполева по утвержденному «микояновскому» техническому заданию. Причин для такого выбора было две. Первая состояло в том, что ОКБ Туполева исторически специализировалось на разработке тяжелых скоростных самолетов.

Второй причиной был тот факт, что ОКБ А.Н.Туполева в середине 1960-х годов занималось проектированием пассажирского самолета Ту-144. Последний при схожей размерности имел и близкую к ГСР аэродинамическую схему, и казалось заманчивым попытаться совместить работы над «Спиралью» с дальнейшим развитием работ по ту-144. Напомним, что первый полет «керосинового» самолета-разгонщика планировался на 1970 г., а прототип ту-144 совершил первый полет 31 декабря 1968 г, т.е. «керосиновые» варианты развивались практически параллельно. Была составлена соответствующая программа работ по ГСР, но скоро «туполевцы» разобрались, что при внешней схожести их Ту-144 и носитель «Спирали» - совершенно разные машины. Более того, стало ясно, что на технологическом уровне авиации середины 1960-х гг создать такой гиперзвуковой самолет очень сложно. В первую очередь трудности были связаны с использовавшимися конструкционными материалами и с проблемами, вытекавшими из заложенных в проект водородных воздушно-реактивных двигателей. В результате ОКБ Туполева отказалось работать на «Спираль», и «микояновцам» ничего не оставалось, как самим пытаться заниматься самолетом-разгонщиком.

В ОКБ Микояна действительно провели работы по ГСР на уровне аванпроекта и изготовили масштабные продувочные модели для исследований в аэродинамических трубах ЦАГИ. Особенность проектирования гиперзвукового самолета-разгонщика заключалась в том, что его основные размерности и компоновочные решения были обусловлены габаритами силовой установки. В частности, общая длина самолета определяется только суммарной длиной сверхзвукового воздухозабоника, каналов двигателя, собственно двигателей и хвостовой части фюзеляжа, используемой как центральное клиновидное тело сверхзвукового сопла. Площадь и размерность крыла в схеме «бесхвостка» обусловлены заданным размером длины силовой установки и необходимостью размещения органов управления и поверхностей, обеспечивающих необходимые запасы устойчивости.

Согласно проекту, ГСР представлял собой самолет-бесхвостку длиной 38 м с треугольным крылом большой переменной стреловидности по передней кромке типа «двойная дельта» (стреловидность 80° в зоне носового наплыва и передней части и 60° в концевой части крыла) размахом 16,5 м и площадью 240,0 м с вертикальными стабилизирующими поверхностями - килями (площадью по 18,5 м2) на концах крыла. Для увеличения путевой устойчивости плоскости килей наклонены внутрь на 3° по отношению к плоскости симметрии самолета. Крыло набрано сверхтонкими ромбовидными профилями с переменной относительной толщиной от 2,5% у корня до 3% на конце. Основные геометрические характеристики самолета-разгонщика приведены в таблице.

Управление ГСР осуществлялось с помощью рулей направления на килях, элевонов и посадочных щитков. Для увеличения путевой устойчивости на гиперзвуке в хвостовой части был дополнительно установлен складываемый на взлетно-посадочных режимах подфюзеляжный гребень. Самолет-разгонщик был оборудован двухместной герметичной кабиной экипажа с катапультными креслами. Для улучшения обзора «вперед-вниз» (до -14°) при посадке носовая часть фюзеляжа перед кабиной пилотов выполнена отклоняемой вниз на 5°. Аналогичное конструктивное решение успешно использовалось при создании сверхзвуковых пассажирских самолетов первого поколения (советского Ту-144 и англофранцузского «Конкорда») и стратегического ударно-разведывательного самолета Т-4 («Сотка») разработки ОКБ Павла Сухого.

Взлетая с разгонной тележки, для посадки ГСР использует трехопорное шасси с носовой стойкой, выпускаемой в поток в направлении «против полета» и оборудованной спаренными пневматиками размером 850x250 мм. Основная стойка оснащена двухколесной тележкой с тандемным расположением колес размером 1300x350 мм для уменьшения требуемого объема в нише шасси в убранном положении. Колея основных стоек шасси - 5,75 м. В верхней части ГСР в специальном ложе крепился собственно орбитальный самолет и ракетный ускоритель, носовая и хвостовая части которых закрывались обтекателями. В качестве топлива разгонщик использовал жидкий водород; двигательная установка компоновалась в виде двух блоков по два турбореактивных двигателя разработки А. М. Люльки диаметром 1250 мм и тягой на взлете по 17,5 т каждый, имеющих общий воздухозаборник и работающих на единое сверхзвуковое сопло внешнего расширения с вертикальным клином. При пустой массе 36 т ГСР мог принять на борт 16 т жидкого водорода (213 м), для размещения которого отводилось 260 м внутреннего объема.

Особенностью двигателей являлось использование разогретых паров водорода для привода турбины, вращающей компрессор ТРД. Испаритель водорода находился на входе компрессора. Таким образом, была успешно решена проблема создания силовой установки без комбинирования «разномастных» двигателей, таких как ТРД и ПВРД. Водородный ТРД был уникален: наша промышленность ни до, ни после этого ничего похожего не делала, экспериментальные образцы подобных двигателей впоследствии разрабатывались лишь в Центральном институте авиационного моторостроения (ЦИАМ) и ни разу не доводились до постройки хотя бы опытного образца.

Техническое задание на создание ТРД получило ОКБ-165 A.M.Люльки (ныне - НТЦ имени А. М. Люльки в составе НПО «Сатурн»). Двигатель получил индекс АЛ-51 (в это же время в ОКБ-165 разрабатывался ТРДФ третьего поколения АЛ-21Ф, и для нового двигателя индекс выбрали с запасом, начав с круглого числа «50», тем более что это же число фигурировало в индексе темы). В первые дни, когда ОКБ Архипа Люльки только получило техническое задание на двигатель и его схема была не ясна, сотрудник ЦИАМ С.М.Шляхтенко - через год он стал начальником института - показал проектантам статью из иностранного журнала (возможно, Flight или Interavia), в которой была опубликована схема «испытанного в США ракетно-турбинного пароводородного двигателя (РТДп). Судя по статье, двигатель имел весьма привлекательные характеристики, в том числе очень высокий удельный импульс. Шляхтенко возбужденно потрясал журналом и восклицал: «Смотрите: они уже и сделали, и испытали, и полетят не сегодня-завтра! А мы чем хуже?» Конструкторы приняли вызов.

Первые же проработки показали, что схема в самом деле очень привлекательна и параметры получаются просто фантастические: удельный импульс по топливу 4500 сек при удельной массе двигателя 0,09-0,11 кг/кгс тяги. На базе вспыхнувшего энтузиазма довольно быстро «нарисовали» головной том технического проекта, который был подписан и уже в 1966 г отправлен в ОКБ-155 Г. Е. Лозино-Лозинскому. В дальнейшем проект постоянно дорабатывался. Можно сказать, что он находился в состоянии «перманентной разработки»: постоянно вылезали какие-то неувязки, и все приходилось «доувязывать». В расчеты вмешивались реалии - существовавшие конструкционные материалы, технологии, возможности заводов и т д. В принципе, на любом этапе проектирования двигатель был работоспособен, но не давал тех характеристик, которые хотели получить от него конструкторы. «Дотягивание» шло в течение еще пяти-шести лет, до начала 1970-х, когда работы по проекту «Спираль» были закрыты.

Самолет-разгонщик был первым гиперзвуковым ЛА с воздушно-реактивными двигателями, который исследовался в ЦАГИ на скоростях до 4-6. Два варианта модели (одна из них показана справа) прошли полный цикл исследований в аэродинамических трубах института в 1965-1975 гг Наиболее существенной частью этой работы были исследования по методике испытаний моделей с протоком воздуха через мотогондолы силовой установки на гиперзвуковых скоростях полета. Результаты многочисленных продувок подтвердили правильность выбора основных конструктивных решений. Несмотря на отказ ОКБ А.Н. Туполева создавать ГСР на основе задела по Ту-144 в середине 1960-х годов, впоследствии разработчики «Спирали» надеялись, что «туполевцы» сделают ГСР на основе своих других, последующих проектов. Но для этого технические задания на новые самолеты должны были если и не совпадать, то, по крайней мере, быть близки к требованиям, предъявляемым к ГСР. Согласованием этих требований с заданиями на новые самолеты вместе с А. П. Молотковым, с 1969 г. возглавивший ЦНИИ-30 Министерства обороны, долгие годы безуспешно занимался ответственный за «Спираль» генерал-лейтенант авиации С. Г. Фролов. На 40-м конгрессе Международной астронавтической федерации FAI, проходившей в 1989 г в Малаге (Испания), представители американского Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) дали самолету-разгонщику высокую оценку, отметив, что он «проектировался в соответствии с современными требованиями».

Орбитальный самолет

На ранней стадии развития возвращаемых с орбиты маневренных гиперзвуковых ЛА наиболее приемлемыми в рамках существовавших технологий были конфигурации, обеспечивавшие низкие уровни тепловых потоков к поверхности аппарата. Среди всех компоновочных решений с аэродинамическим качеством больше единицы этому требованию удовлетворяли аэродинамические компоновки типа «несущий корпус». Существенно отличаясь от компоновки классических самолетных форм, аэродинамические компоновки типа «несущий корпус» потребовали проведения большого количества допо-летных исследований не только при гиперзвуковых, но и при более низких (вплоть до посадочных) скоростях. Изучение несущих корпусов началось в 1965 г в форме исследований конкретных компоновок ОС проекта «Спираль». Научно-исследовательские работы по данной теме, проведенные в 1965-1976 годах, позволили решить целый ряд принципиальных задач по системе управления.

Были сформулированы требования к аэродинамической компоновке ОС и системе аэродинамического и газодинамического управления, проанализированы траектории, области достижимости, режимы полета и возможные методы управления; сформулированы требования к аэродинамическому качеству ОС на всех режимах, в том числе при бездвигательной посадке; выполнен большой объем исследований по динамике и управлению, включая исследования на специально созданном под этот проект в ЦАГИ пилотажном стенде МК-10, включавшем в себя натурную головную часть аналога ОС. Эти исследования в значительной степени определили облик системы управления. Объем работ был значительно расширен после ввода в эксплуатацию в 1976 г на базе Центра подготовки космонавтов (ЦПК) пилотажно-исследовательского комплекса «Пилот-105» с задействованием в контуре управления центрифуги ЦФ-7 (В. П. Найденов, А. В. Любимов).

Уделяя основное внимание созданию ОС, конструкторы фактически предложили к разработке семейство ЛА, основанных на единой оригинальной аэродинамической компоновке и имевших близкие размеры и массы. Создаваемые для разных целей и задач, внешне похожие аппараты должны были поэтапно, шаг за шагом, благодаря постепенному усложнению бортовых систем и расширению круга решаемых задач, приближать разработчиков к главной цели - семейству боевых ОС. Сначала предлагалось создать самолет-аналог («50-11») для гиперзвуковых суборбитальных «прыжков» в космос, затем экспериментальный пилотируемый орбитальный самолет (ЭПОС) для демонстрации реализуемости проекта и отработки на нем основных этапов орбитального полета и посадки. Благодаря массогабаритному сходству телеметрической аппаратуры и фотооборудования, ЭПОС можно было легко модифицировать в орбитальный фоторазведчик. И только потом должны были появиться боевые варианты.

При знакомстве с вариантами ОС мы также будем следовать логике разработчиков, поэтому сначала расскажем об основных характеристиках, одинаковых для всех аппаратов, затем подробнее остановимся на самолете-аналоге и детально рассмотрим конструкцию и функционирование ЭПОСа, и уже после этого при описании боевых вариантов перечислим их отличия от аналога.