Беспилотный аппарат «Антонов»

Андрей и Тимофей Белановы/ Киев

Фото из архива авторов

Посвящается памяти Бориса Николаевича Краснорутского (02.05.1936-26.11.2013)

Предыстория

На Киевском механическом заводе (КМЗ, ныне ГП «Антонов») в 1960-е гг идеи применения авиамоделей при проектировании самолетов крутились в головах у многих сотрудников, в основном, у авиамоделистов. Например, рассматривались варианты создания моделей перспективных самолетов для определения аэродинамических характеристик и для испытаний на опасных режимах полета. Идея создания беспилотных аппаратов для информационного обеспечения (получение теле- и фотоинформации) также не была обойдена вниманием.

O.K. Антонов всячески поощрял участие авиамоделистов в авиационных исследованиях, проектировании и изготовлении самолетов, ценил их умение работать руками, оперативное мышление, позволявшее найти выход из самых сложных, казалось бы, неразрешимых ситуаций. Генеральный конструктор доверял авиамоделистам руководство подразделениями предприятия. Так, долгое время модельный цех возглавлял Ю.В. Захаров, а одним из конструкторских отделов руководил Н.С. Трунченков, которые начали заниматься авиамоделизмом еще в довоенное время.

Появление пропорциональной аппаратуры радиоуправления подтолкнуло авиамоделистов к созданию исследовательских моделей самолетов и беспилотных, а затем и дистанционно пилотируемых малогабаритных летательных аппаратов для народного хозяйства и военных целей. Считается, что первая демонстрация возможностей использования радиоуправляемой модели как разведывательного БПЛА состоялась в 1965 г., во время проведения национальных соревнований авиамоделистов США, когда при помощи такой модели была снята на кинопленку панорама соревнований.

Технический прогресс в авиационных технологиях подталкивал военных и гражданских заказчиков к использованию БПЛА. Рано или поздно задачи на разработку «беспилотников» должны были получить авиационные ОКБ. И вот такое предложение поступило на КМЗ.

Разработка

Весной 1975 г. руководители только что созданного в г. Туле Центрального конструкторского бюро аппаратостроения (ЦКБА) во главе с главным конструктором С.И. Авериным посетили КМЗ и предложили совместно разрабатывать беспилотные летательные аппараты военного назначения. Делегацию принял начальник сектора исследований в аэродинамической трубе АТ-1 О.В. Флоринский. Поскольку речь шла о небольших летательных аппаратах, технологии изготовления которых больше соответствовали авиамодельным, он пригласил на переговоры ведущего конструктора Б.Н. Краснорутского, известного авиамоделиста, чемпиона и рекордсмена мира по авиамодельному спорту. В свое время он работал в команде под руководством Ю.С. Скворчевского над созданием радиоуправляемой динамически подобной модели самолета Ан-24, что позволило получить опыт разработки и постройки больших авиамоделей.

В начале 1970-х гг. Б.Н. Краснорутский стал ведущим конструктором по ракетному планеру А-17 (или РПС — ракетный перевозчик солдата). Этот одноместный аппарат разрабатывался ОКБ Антонова в инициативном порядке по просьбе и при поддержке командующего ВДВ генерала В.Ф. Маргелова. Планер изготовили, но в воздух не поднимали, т. к. в 1979 г.

В.Ф. Маргелов был отстранен от должности, и лишившемуся поддержки O.K. Антонову пришлось свернуть эти работы.

Начальник и главный конструктор ЦКБА С.И. Аверин (01.01.1937-10.07.2011) был талантливым руководителем. Занимаясь разработкой тренажеров и управляемых противотанковых ракет для сухопутных войск, он решил поражать танки при помощи БПЛА. К тому времени многие страны разрабатывали опытные образцы беспилотной техники. Дальше всех в этом направлении продвинулись израильтяне. В середине 1970-х гг. их «беспилотники» уже использовались в военных конфликтах для ведения воздушной разведки и целеуказания, но не выполняли ударных задач.

В том же 1975 г. решением O.K. Антонова в составе конструкторского отдела, который возглавлял В.Ф. Ерошин, была создана экспериментальная научно-производственная бригада № 107 для оперативного решения заданий Генерального конструктора. Тематику работ определял сам O.K. Антонов. Общее административное руководство осуществлял заместитель начальника отдела В.А. Каряка. Начальником бригады был назначен Б.Н. Краснорутский. Он и пригласил А.В. Беланова в состав этой бригады. Узнав о направлениях работ, в том числе о разработке беспилотного аппарата, тот с удовольствием согласился, и в будущем не пожалел об этом. В дальнейшем А.В. Беланов был назначен заместителем Б.Н. Краснорутского.

Отвлекаясь от темы, нужно сказать, что за короткий период существования бригады был воплощен в жизнь ряд идей и пожеланий Генерального конструктора. Например, удалось разработать прибор для автоматического определения остатка летного ресурса самолета Ан-24, технологию изготовления углепластиковых аэродинамических поверхностей с закрытым контуром, по какой затем делались триммеры руля высоты для Ан-28 и интерцепторы для Ан-72/74. Была создана и испытана, по выражению O.K. Антонова, «шюра» — обшивка для отсоса пограничного слоя с несущих поверхностей самолета, что значительно увеличивало подъемную силу. Несколько работ были защищены авторскими свидетельствами.

Но вернемся к беспилотным аппаратам. Эту историю далее продолжает А.В. Беланов.

В результате переговоров между КМЗ и ЦКБА была достигнута договоренность о проведении совместной НИР по разработке универсального беспилотного аппарата для оптической (телевизионной) разведки и поражения танков. Военные заказчики требовали БПЛА для борьбы с танками на поле боя и во время их перемещений по рокадам (дороги, параллельные линии фронта), проходившим в 40–50 км от линии соприкосновения войск. На таком расстоянии полевая артиллерия не доставала до противника, а имевшиеся тогда у сухопутных войск ракеты не обладали точностью, необходимой для поражения танков. Учитывая, что стоимость танка в то время составляла 1–1,2 млн. руб., а стоимость одного «беспилотника» оценивалась в 10 раз меньше, военные требовали разработать одноразовый противотанковый аппарат с кумулятивным зарядом массой до 20 кг.

Мы, как самолетчики, вначале выступили категорически против того, чтобы в каждом вылете терять аппарат. Тогда туляки предложили альтернативный вариант с двумя противотанковыми ракетами под крылом и лазерным целеуказателем на борту. Однако такой «беспилотник» весил уже 200 кг, а это другая категория. Пришлось согласиться с вариантом «камикадзе».

Договорились о разделении работ. ЦКБА отвечало за разработку электронных систем, в частности, автопилота (стабилизация по крену и тангажу), командной радиолинии, радиолинии телеметрии. Нам предстояло спроектировать и изготовить сам аппарат, силовую установку, систему старта и спасения.

Б.Н. Краснорутский набрал штат бригады. В ее состав вошли 8 конструкторов, 4 модельщика, 3 слесаря, 2 токаря и 1 фрезеровщик. Силы были достаточны для разработки и изготовления беспилотных аппаратов.

Работали без утвержденного на бумаге технического задания. Основные требования туляков были краткими. Дальность до цели — 50 км, масса полезной нагрузки (взрывчатки) — 20 кг. Разработка технических характеристик аппарата и тактики его применения оставались за нами.

Продувочная модель ракетного планера А-17

Антоновский БПЛА в аэродинамической трубе

Планер и бортовой комплекс

Изучив всю имевшуюся на заводе открытую и закрытую информацию о беспилотных аппаратах, посетив НИИ автоматических систем, мы не нашли сведений об ударных «беспилотниках». Начали обрабатывать данные по легким поршневым самолетам и спортивным планерам. В большую таблицу свели такие их данные, как площадь крыла, нагрузка на крыло, минимальная и максимальная скорости полета, мощность двигателя, нагрузка на лошадиную силу и т. д. Повесили таблицу на кульман, и в течение недели все сотрудники бригады ее изучали. Потом провели небольшое совещание. В результате приняли решение, что аппарат должен иметь взлетную массу до 60 кг для разведывательного варианта и до 80 кг для ударного. Крейсерская скорость составит 130–150 км/ч, нагрузка на крыло — 35 кг/кв. м, нагрузка на лошадиную силу — 4 кг/л.с. Исходя из этих данных, рассчитали, что аппарат при взлетной массе 60 кг должен иметь площадь крыла 1,5 м‘ и двигатель мощностью 15 л.с.

Теперь можно было начинать проектирование. Распределили обязанности между сотрудниками бригады. А.В. Беланов рисовал общий вид и отвечал за рулевые механизмы, конструкцию крыла, оперения, систему старта и спасения. А.Ф. Самойленко разрабатывал оппозитный двухцилиндровый двигатель объемом 125 см куб., Л.А. Олейник отвечал за прочностные расчеты, Г.Л. Макееву поручили компоновку радиооборудования. Общее руководство разработкой осуществлял Б.Н. Краснорутский. Это было относительное распределение обязанностей. В дальнейшем при возникновении задержки в решении какой-либо задачи ею занимался тот, кто предлагал оптимальный выход из сложившейся ситуации.

Все отчеты о работах по созданию БПЛА на предприятии проходили под названием «Тематическая модель». После утверждения общего вида аппарата чертеж передали в отдел аэродинамики. Там выполнили расчеты, показавшие, что «беспилотник» должен был получиться довольно маневренным и устойчивым в полете.

Параллельно шло изготовление фюзеляжа, крыла и хвостового оперения. Сделав с помощью модельного цеха болванки фюзеляжа, команда модельщиков под руководством Ю.П. Комаха изготовила сначала заготовки для трех фюзеляжей из стеклоткани, а затем собрала фюзеляж, носовой обтекатель, два комплекта деревянных крыльев и комплект стеклопластикового хвостового оперения. Никому не доверяя ювелирную работу, Ю.П. Комах сам сделал два воздушных винта — один тянущий из дельта-древесины для испытаний двигателя на стенде и один «боевой» толкающий винт СДВ-2 из дубово-ясеневой переклейки.

Получив из Тулы предварительную компоновку бортового комплекса и габаритные чертежи блоков, мы изготовили раму двутаврового типа для крепления блоков в носовом отсеке.

В сентябре 1977 г. планер аппарата был готов, а двигатель собран, но еще не испытан. БПЛА покрасили в серый «шаровый» цвет, как военный самолет. Темно-серым выделили центральный съемный люк, створки парашютного отсека, верхние и нижнйе законцовки шайб, рули направления, хвостовой антенный обтекатель. На килевых шайбах нарисовали оранжевую эмблему «Ан>», а внизу нанесли синий номер 197701. Фюзеляж по бокам украсили круглым знаком центра масс с синими вертикальными и горизонтальными полосами. Обозначили люки. Сделали надписи синего цвета: на съемном носовом обтекателе — «радиооборудование», на центральном съемном люке впереди — «аккумуляторы», сзади — «исполнительные механизмы», на створках парашютного отсека — «парашют». На левую консоль крыла нанесли две оранжевые полосы, на правую — желтый номер «01». На носовом обтекателе с двух сторон также изобразили желтый номер «01». И полосы, и номера имели синюю окантовку.

В собранном виде аппарат получился очень симпатичным. Гордые своей работой, мы пригласили O.K. Антонова на «смотрины». Олег Константинович пришел к нам в конце рабочего дня, один, без свиты. Осмотрев внимательно аппарат и получив ответы на свои вопросы, он похвалил нас за столь быстрое проектирование и изготовление довольно сложного изделия. Узнав, что двигатель должен развивать 15 л.с., а может, и больше, Олег Константинович рассказал, как в молодости он строил планеры, как хотел с друзьями построить самолет, но не было мотора нужной мощности (по расчетам, нужен был, минимум, 16 л.с.), какие трудности испытывали тогда от нехватки материалов, и как выходили из трудных положений. Чувствовалось, что ему приятно находиться в нашем коллективе, приятно вспомнить молодость.

Пытаясь заинтересовать своего сына Андрея процессом проектирования летательных аппаратов, Олег Константинович часто после школьных занятий приводил его к нам. Андрей с интересом знакомился с нашими разработками, в том числе и с беспилотным аппаратом, но особого желания досконально разобраться в разработках не проявлял. Повзрослев, он не пошел в авиацию, а предпочел искусство.

Окрыленные похвалой Генерального конструктора, мы еще с большим рвением продолжили работы. Это дело настолько увлекло нас, что мы пропадали на работе и по субботам, и по воскресеньям, регулярно выслушивая упреки жен.

В конце года туляки забрали аппарат к себе для оснащения его радиооборудованием. Несмотря на абсолютно новое направление в тематике предприятия, коллектив ЦКБА с энтузиазмом проводил разработку наземного и бортового комплексов управления беспилотным аппаратом.

Во время одной из командировок в Тулу мне показали тренажер для обучения операторов сухопутных войск управлению нашим БПЛА. «Пилотировать» на нем требовалось по черточке-метке на экране осциллографа. Сами туляки, не имевшие опыта управления авиамоделями, не смогли на тренажере «управлять» аппаратом — он оказался слишком вертким. Я попробовал «пилотировать» и с трудом «пролетел» пару минут горизонтально. Тренажер имитировал управление только по высоте и крену. Джойстик был массивным, малейшее движение им вызывало вращение метки со скоростью более 300 град/с. Тренажер абсолютно не имитировал полет «беспилотника». Сказывался подход к нему как к ракете с малым удлинением крыла. Это я и сказал разработчику Косте Новикову.

Во время другой командировки Слава Савенков показал, как работает автомат сопровождения цели. Установленная на трехосном кардане видеокамера отслеживала цель, поворачиваясь в трех плоскостях. Листок с картинкой ставили на расстоянии метров пять (больше не позволяли размеры лаборатории), наводили телекамеру, она захватывала эту цель или, как говорили туляки, запоминала образ. Когда картинку начинали двигать, начинала двигаться и телекамера, отслеживая перемещение цели. Одновременно ее изображение выводилось на видеоконтрольное устройство (черно-белый телевизор). При тогдашнем аналоговом телевидении это было достижение.

Видя стремление туляков побыстрее разработать бортовой комплекс, мы верили, что они сделают все необходимое в установленные сроки. Однако время показало, что все запланированное оборудование создать не удалось, но и то, что разработали туляки, позволило провести НИР в заданном объеме.

Весной 1978 г. аппарат вернули в Киев, и мы продолжили работу.

Двигатель для БПЛА

Наземные испытания парашютной системы

Двигатель

В начале проектирования силовой установки рассматривалась возможность применения ряда готовых деталей от серийных мотоциклетных и лодочных моторов. Однако при детальной проработке конструкции от этого пришлось отказаться, поскольку у нас не было моторостроительных технологий для изготовления недостающих деталей и сборки двигателей. Решили опираться на авиамодельный опыт и построить мотор исключительно собственными силами.

Обложившись книгами и справочниками, А.Ф. Самойленко приступил к проектированию двигателя, тщательно прорисовывая конструкцию. По его чертежам токарь Л.А. Куприенко и фрезеровщик Д.Д. Заброда изготовили необходимые детали. Их подгонку и общую сборку делал Е.И. Юдин под зорким контролем автора конструкции.

Наконец двигатель собрали. По нашим сведениям, мотор такого класса для летательных аппаратов в СССР еще никто не создал. Его установили на специально изготовленный динамометрический стенд. Наступил ответственный момент — первый запуск.

Посмотреть на это событие собрались все члены бригады. Вручную, за пропеллер, заводить двигатель было опасно, поэтому запуск производили как на заре авиации. Выставили поршни в верхнюю мертвую точку, а затем подали искру на свечи. Двигатель запускался и дальше работал от аккумулятора (позже установили разработанное А.Ф. Самойленко магнето). Первый запуск прошел успешно. Поскольку глушителя у мотора не было, то его рев был слышен на всей территории завода. В дальнейшем для запуска мотора применили доработанный электростартер от двигателя ALU-62.

Отработав на стенде программу испытаний, получили результат: максимальная мощность 11 л.с. при 6000 об/мин. Такая мощность была недостаточна для полета. Мы рассчитывали получить, как минимум, 15 л.с. Это нас озадачило, но не привело к унынию. Решили вначале проверить аппарат на земле, получить максимальную скорость разбега и потом принимать решение о необходимости повышения мощности двигателя.

А.В. Беланов возле БПЛА. 1978 г.

Парашют

Осенью 1978 г. я поехал в Москву, в НИИ парашютно-десантных систем, чтобы заказать парашют для системы спасения. Мы рассчитывали использовать спортивный или десантный парашют с круглым куполом, поскольку масса нашего аппарата не превышала допустимый вес спортсмена-парашютиста. Однако в НИИ ПДС нам предложили абсолютно новый парашют «Крыло-1 А», который был спроектирован для сборной СССР. Он имел в плане форму крыла Рогалло, а его площадь составляла всего 17 кв.м. Это было примерно в 3 раза меньше, чем у спортивных парашютов с круглым куполом и, соответственно, давало выигрыш в объеме и весе.

Заказанные парашюты весной 1979 г. привезли на КМЗ. Чтобы отрегулировать длину строп у этих экспериментальных куполов, потребовалось пригласить специалиста из НИИ ПДС. Им оказалась симпатичная женщина, конструктор парашютов. Вместе с ней поехали на ЛИиДБ, в Гостомель. Так как у нас не было специального стенда, то нашли железобетонный блок, прикрепили к нему парашют, он тут же раскрылся на ветру и начал вилять как воздушный змей. Наша гостья быстро его укротила, удлинив одни стропы и укоротив другие. Потом она прочитала нам лекцию по укладке данного парашюта и провела мастер-класс. Потренировавшись несколько раз, мы получили нужные навыки по укладке и «добро» от представителя института на самостоятельную работу.

Теперь следовало проверить поведение парашюта в воздухе. Для этого договорились с начальником заводского аэроклуба Д.И. Сапроновым о предоставлении Ан-2, а с парашютной службой ЛИиДБ — о выделении массово-габаритного манекена человека, близкого по весу нашему «беспилотнику».

В условленное время мы приехали на аэродром ДОСААФ Бузовая, где обычно летали планеристы. Вскоре там приземлился Ан-2, из которого вышли Д.И. Сапронов, выступавший в роли командира экипажа, его второй пилот и два заводских парашютиста-испытателя. Общими усилиями вытянули из самолета довольно тяжелый манекен.

В тот день полеты планеров на Бузовой не проводились. Как сказали спортсмены- планеристы, «трубы летают» — так они отзывались о полетах «МиГов» с Васильковского аэродрома. По курсу их взлета находилась Бузовая, где запрещалось подниматься в воздух, когда начинались полеты в Василькове. Но поскольку мы уже собрались на Бузовой, то решили испытывать парашют. Застегнули на манекене подвесную систему, прикрепили парашют, загрузили в самолет. Договорились, что сброс произведут с высоты 600 м над центром аэродрома.

Самолет взлетел и большим кругом набрал необходимую высоту. Видно было, как открылась дверь и оттуда вывалился манекен. Парашют без проблем открылся, и наш «испытатель» стал снижаться правым кругом диаметром метров 200. Ветер был не сильным, 3–5 м/с, но он отнес парашют метров на 100 от края аэродрома, и манекен приземлился на поле с двухметровой кукурузой. Немного побродив, мы отыскали его и понесли на аэродром. Тащить увесистого «Иван Иваныча» по мягкому грунту через высокие стебли густой кукурузы оказалось довольно тяжело.

Выйдя на летное поле, обратили внимание, что Ан-2 не приземлился, а набрал высоту где-то 1000 м. Никто не знал, почему он не садится. Наконец две точки отделились от самолета. Совершив свободное падение, спортсмены открыли парашюты на высоте 600 м. Ан-2, как положено после выброски, перешел в крутое снижение. В это время раздался рев двигателя, и параллельно аэродрому на высоте 150–200 м пронесся МиГ-21. Парашютисты и Ан-2 еще находились в воздухе.

Маневрируя куполами, парашютисты приземлились возле нашей группы. Через пару минут совершил посадку самолет и подрулил к нам. Дмитрий Сапронов объяснил, что спортсмены попросили провести зачетные прыжки с высоты 1200 м. Мы же рассказали об инспекционном полете «МиГа». Сапронов забеспокоился, приказал быстро загружаться. Забрав манекен и парашютистов, прямо со стоянки он пошел на взлет и на высоте метров 10 заложил правый крен градусов в 60. Развернувшись, самолет полетел в Гостомель над самыми крышами деревенских домов. Позже Д.И. Сапронов рассказал, что не хотел, чтобы его засек локатор. Он был классным пилотом, прошел школу сельхозавиации, имел большой налет. К сожалению, в следующем году Дмитрий Сапронов погиб — разбился вместе с напарником Анатолием Рачеком во время взлета с берега Киевского моря на «Вильге-35»…

Опробовав парашют в воздухе, мы приступили к испытаниям его выхода из фюзеляжа аппарата. Для этого использовали тульский ГАЗ-66 КУНГ (кузов универсальный нормальных габаритов), на крыше которого закрепили фюзеляж без крыла и со стабилизатором без килей. Створки парашютного отсека для выпуска вытяжных парашютиков открывались по команде передатчика. Основной парашют прикрепляли к фюзеляжу тонкими нитями с таким расчетом, чтобы при нагрузке 20–25 кг они разорвались. Таким образом мы защищали фюзеляж от больших нагрузок и от стягивания с автомобиля. Испытания решили проводить на строящейся полосе в Гостомеле.

Проверили открытие створок люка — все нормально. Автомобиль с фюзеляжем отъехал метров на 300 и начал разгоняться. При проезде мимо оператора по его команде открылись створки отсека, оттуда «выпрыгнули» вытяжные парашютики, вытянулся фал и… Больше никаких движений. Парашют остался лежать в фюзеляже. Мы понимали, что автомобиль двигался со скоростью всего около 90 км/ч, в полете она будет значительно больше, и, возможно, парашют выйдет и раскроется. Но рисковать не хотелось. Ведь отказ парашютной системы мог привести к потере аппарата.

Тут же в Гостомеле начали обсуждать варианты решения проблемы. Звучали разные предложения, включая выталкивание парашюта подпружиненным днищем отсека. Смоделировав ситуацию поэтапно, я предложил изменить схему укладки парашюта в отсек: заменить сопротивление трения сопротивлением качения путем переворота упакованного в чехол парашюта таким образом, чтобы вначале он становился на попа, а затем уже выходил из отсека.

Идея понравилась, и ее решили тут же проверить. Парашют быстро уложили в отсек по новой схеме. Автомобиль отъехал на исходную позицию и начал разгон. Все замерзли в ожидании. Прошла команда на выпуск. Створки открылись, вытяжные парашютики «выпрыгнули», потянув за собой фал, парашют в чехле поднялся, стал на попа, перевернулся и покинул отсек, чехол сошел с купола, тот наполнился и оторвался. Все прошло замечательно. Обрадованные быстротой решения проблемы, мы провели еще три заезда. Никаких сбоев не было. Систему спасения можно было считать отработанной.

Практически каждую неделю Б.Н. Краснорутский докладывал O.K. Антонову о результатах проведенных работ и экспериментов. Доложил он и о решении проблемы выхода парашюта из нашего «беспилотника». Олег Константинович похвалил за тщательные и продуманные испытания системы спасения и рассказал, что неполная отработка парашютной системы космического корабля «Союз» привела к гибели космонавта В.М. Комарова. В 1979 г. таких подробностей в открытой печати не было.

Продолжение следует