Planning de développement du projet SPIRAL

En raison d'une grande complexité du programme SPIRAL, le projet prévoyait une progression graduelle du travail.

1er étape.

La création d'un avion analogue piloté (numéro du produit "50-11") de 11.85 t dont 7.45 t de combustible, équipé de 2 moteurs de fusée, et lancé d'un TU-95 (pour le vol atmosphérique). L'avion analogue n'est pas aussi lourd que le modèle original et n'a pas les mêmes dimensions. Le but de cet avion est la validation des essais aérodynamiques, des moyens de propulsion, des différents combustibles N2O4 + UDMH, l'estimation des températures dans des conditions proches du vol spatial (altitude maximale de 120 km et vitesse de M=6-8) et la rentrée dans l'atmosphère. L'avion analogue devait aussi être capable d'atterrire par ses propres moyens sur un aérodrome classique. Il était prévu de fabriquer et tester 3 avions analogues. Les essais en vol subsoniques devaient se passer en 1967, les vols supersoniques en 1968. Le coût des travaux était de 18 millions de roubles. Cette étape était le pendant du projet Américain X-15, mais l'avion n'était pas réalisé en métal.

2em étape

La création de l'avion expérimental orbital piloté (EPOS, numéro de produit "50"), prototype de la variante de combat d'un poids de 6.8 t pour la validation du travail sur le chassis et des systèmes principaux de bord. La mise en orbite est faite grâce à une fusée 11A511 Soyouz à une altitude 150-160 km et une inclinaison de 51°, l'appareil devait faire 2 ou 3 révolutions et une manoeuvre propulsée (combustible N2O4 + UDMH) pour un changement d'orbite de 8°, puis rentrer dans l'atmosphère et atterrire comme l'avion orbital final. La ressemblance avec l'avion orbital était caractéristique (systèmes de bords identiques et bouclier thermique). Il était prévu de fabriquer et de lancer 4 avions sans pilote en 1969 et pilotés en 1970. Le coût des travaux était estimé à 65 millions de roubles.

3em étape

La création d'un avion spécial hypersonique (GSR). Pour accélérer les travaux il était prévu d'éprouver d'abord ce modèle équipé de moteurs fonctionnant au kérosène (essais de 4 vols à M=4 en 1970, coût 140 millions de roubles). Après la validation de l'aérodynamique et des essais du GSR à la vitesse supersonique il était prévu de passer au combustible hydrogénique en testant 4 avions. Les essais du GSR avec le combustible hydrogénique devaient être fait en 1972 pour un coût de 230 million de roubles.

4em étape

Les essais du système GSR et OS (avion orbital) équipé de la fusée d'appoint (moteurs GSR au kérosène) entièrement piloté en 1972, car les tests sur l'avion orbital non piloté sont limités. Après la validation approfondi des tests et du contrôle de tous les systèmes, les essais pilotés de l'OS ainsi que l'utilisation de moteur à hydrogène était prévu en 1973. Les essais ultérieurs devaient être liés au passage au fluor liquide pour l'oxydant de la fusée d'appoint et l'OS, et la réalisation des travaux de création du deuxième étage de la fusée d'appoint avec un moteur à cycle ouvert ГПВРД.

Voici plus de détails sur certaines étapes.

L'avion-analogue suborbital piloté "50-11" 1er étape.

Un avion analogue de forme exacte à l'avion orbital devait être élaboré pour tester les manoeuvres d'atterrissages, les systèmes de bord, l'aérodynamique, le contrôle de l'avion ainsi que l'entraînement des pilotes. Un tel avion était lancé par le TU-95KM et équipé de moteurs pouvant voler à M=6-8 et à une altitude de 50-120 km. Comme la vitesse de cet avion dans les couches supérieurs de l'atmosphère était bien moins élevées que le modèle normal il était prévu de le construire avec des matériaux ordinaires (alliages d'acier, de titane et d'aluminium). D'après le projet l'avion était équipé de 2 groupes moteurs ЖРД (GRD) élaborés par OKB-117 avec une poussée de 11.75 t chacun (consommation de combustible: 81.8 kg/s, impulsion spécifique 319s) et un ТРД (TRD) "36-35" de OKB-36 de traction 2.5 t. Les GRD s'installaient avec un angle de 11°40" de sorte que les vecteurs de force passent par le centre de gravité de l'appareil.

L'utilisation de machines et de techniques de production maîtrisées devaient permettre de réduire les coûts et les délais de production de l'avion expérimental. Il était envisagé par la suite, pour l'avion analogue élaboré à OKB-2 МАP, de modifier les réacteurs pour atteindre une vitesse de M=12-13.

Le plan de vol se déroulait comme suit:
Après le décollage l'avion porteur TU-95 s'élevait pendant une heure à une hauteur de 11-12 km à une vitesse de 830 km/h, puis il larguait l'avion. L'angle d'inclinaison des ailes au début du vol est de ψ=20°... 35° (soit 70°... 55° du plan horizontal). Ayant allumé les moteurs GRD (fonctionnant avec 7.5 t de combustible), l'avion analogue arrive en 81 s à une vitesse de 8000 km/h. L'arrêt des moteur fini à 48-50 km. A ce moment les 2 GRD on brûlés 6625 kg de combustible. Au cours du vol ultérieur (l'avion continue sur sa lancée) l'avion atteint l'altitude de 120 km et une vitesse de 6800 km/h (M=7.5). Dans cette phase l'avion peut accomplir des manoeuvres grâce à ses moteurs GRD d'une poussée de 1.5t. L'entrée dans l'atmosphère se fait à une vitesse de 7250 km/h, la décélération maximum durant la phase de rentrée est de 5.3g. Le bouclier thermique chauffe jusqu'à 890°C. Après la traversée des couchent denses de l'atmosphère les ailes se déploient à un angle ψ =60°, et entre 5 et 10 km d'altitude l'avion utilise son moteur TRD, pour effectuer ses manoeuvres de vol, d'une poussée de 2.5t qui grâce à 300 kg de combustible peut voler sur 90 km à une vitesse de 400 km/h. Puis, l'avion atterrit, en glissant, à une vitesse de 250 km/h, sa masse est de 4.4t et la longueur de la course est de 1000-1100m.

L'avion analogue suborbital "50-11" n'a pas été réalisé, mais ses plans on été utilisés pour la conception de l'analogue "105.11".

Les premiers vols de l'EPOS dans l'espace (numéro "50"), 2em étape

Le positionnement de l'EPOS sur la fusée 11A511 était étudié par le bureau OKB-1 et sa filiale de Kouibychev. La fusée était dimensionnée pour envoyer les 6.8 t de l'avion à une altitude de 150 km. De plus, pour réduire les turbulences aérodynamiques l'avion était placé dans une coiffe conique. Les premiers vols de l'avion devaient permettre de tester les moteurs pour le changement d'orbite. Cette procédure (passer d'une orbite à l'autre) devait devenir l'élément primordiale des avions orbitaux pour assurer plusieurs passages au dessus de la cible. La quantité de combustible était de 2t à cause de la charge limité de la fusée 11A511.

Le premier vol orbital d'essai devait être comme cela:

Après la vérification des systèmes de bord de l'EPOS dans le bâtiment de montage N2 de Baïkonour, on remplit ses réservoirs de combustible plus on l'arrime sur la fusée Soyouz (11A511). L'avion est contenu dans une coiffe et ses ailes sont repliées sur le dos, la fusée fait 37m de haut dont 10m pour l'avion. Le tout est déplacé sur le pas de tir où il subit les tests finaux (contrôle complexe, prise de carburant de la fusée, positionnement du pilote dans l'avion, etc.). La mise à feu se passe tôt le matin (6h00-9h00 heure de Moscou) avec 2 ou 3 horaires pour la fenêtre de départ en fonction de la météo sur les aérodromes d'arrivé dispersées dans toute le l'URSS. Pendant le fonctionnement de la fusée la pression est de 3600 kg/m2 ce qui fait subir au pilote 4.4g. La fusée satellise les 7t de l'EPOS à une altitude de 130 km, une inclinaison de 51° et une période de révolution de 1h30. Puis l'avion se sépare des systèmes de liaisons de 200 kg et commence les contrôles des systèmes de bord pendant une demi-heure, alors qu'à terre le TsOUP analyse les informations télémétriques. Après quoi commence la préparation de la manoeuvre pour le changement d'orbite, on contrôle les moteurs d'orientation (ГДУ). Au cours de la 2em révolution, dans la zone de poursuite, les moteurs GRD sont mis en marche pendant 7 min, s'étant allégé de presque 2t l'avion se trouve sur une nouvelle orbite de 58°45' d'inclinaison. Les systèmes de bord sont à nouveau testés selon le programme "mise en valeur de la paix dans l'Espace", puis commence la préparation de l'atterrissage. Les ailes se mettent en position (V=60°), l'EPOS s'oriente en arrière grâce à ses moteurs, et au dessus de l'Océan Indien (à 14 000 km de l'aérodrome) donne l'impulsion de frein pour rentrer dans l'atmosphère. Le pilote oriente ensuite l'appareil avec le bon angle d'attaque (M=25). La gestion de la montée en chaleur de l'appareil est réglé en modifiant l'angle d'inclinaison (entre 0° et 60°) de l'avion sur la trajectoire de descente. Le changement d'inclinaison simplifie beaucoup la gestion du combustible sur le trajet de descente. Les accélérations maximales ressenties par le pilote n'excèdes pas 1.4g selon l'axe X (de direction poitrine-dos) et 1.4g selon l'axe Y (tête-pied). Après la réduction de la vitesse jusqu'à M=10, les ailes se déploient à 45°, le déploiement final jusqu'à V=30° se produit à une vitesse de M=2.5.

A une distance de 60 km de l'aérodrome le moteur TRD est allumé, développant un pousse de 1000 kgf à une vitesse M=0.35 et à une hauteur de 2 000m. Cela lui permet de réaliser les manoeuvres de décélération (avec une accélération maximum de 1.5g dans les virages) à 400 km/h en abaissant la vitesse verticale à 18 m/s pour une inclinaison de 12°. A 500 m de la piste l'avion prend sa vitesse d'atterrissage. L'avion s'incline à 14° ce qui diminue ses qualités aérodynamiques et se pose à la vitesse de 225-250 km/h, il finit sa course à 1000-1700 m, il faut encore attendre qu'il se refroidisse car il sort de la zone de plasma. Les équipes à terre arrivent avec leur combinaison de protection chimique, développent les moyens de refroidissement de l'appareil et aide le pilote-cosmonaute à sortir du cockpit.

Mais cela ne s'est pas produit. Un tel vol aurait put avoir lieu dans les années 70, bien avant le Shuttle Américain! En effet, bien plus tard après la cloture du projet SPIRAL, un des ingénieurs du programme à déclaré: "Avec le GSR il y avait encore des interrogations, mais avec l'EPOS il n'y avait plus de doutes, on pouvait réellement le construire et il volerait maintenant".

Il y a très peu d'informations sur les autres étapes du projet.