Спосіб виведення корисного вантажу на космічну орбіту

Реферат: Винахід належить до космічної техніки. Спосіб виведення корисного вантажу на космічну орбіту включає зліт авіаційного носія-розгінника із ракетою космічного призначення з аеродрому, розгін з набором висоти та виконання маневру "гірка", відділення від авіаційного носіярозгінника та запуск ракети космічного призначення під необхідним кутом тангажа, а також наступне повернення авіаційного носія-розгінника на аеродром. Як авіаційний носій-розгінник використовують багаторежимний гіперзвуковий безпілотний літальний апарат із комбінованою силовою установкою, у котрій поєднують турбореактивний та прямоточний повітрянореактивний двигуни, зліт та набір висоти здійснюють турбореактивним двигуном, а розгін до заданого значення гіперзвукової швидкості виконують за допомогою прямоточного повітрянореактивного двигуна. Ділянка розгону на прямоточному повітряно-реактивному двигуні складає 0,3…0,5 тривалості польоту безпілотного літального апарата до відділення ракети космічного призначення, після якого безпілотний літальний апарат виконує маневр розходження із ракетою космічного призначення та подальше зниження, до того ж маневр розходження здійснюють по крену. Технічний результат полягає у підвищенні ефективності виведення корисного вантажу, за рахунок зменшення на 50 % запасів палива на борту безпілотного літального апарата, витрат на підготовку і забезпечення пілота (оператора) на 20…25 %, а також зменшення маси ракети космічного призначення на 20…30 %. UA 107838 C2 (12) UA 107838 C2 UA 107838 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до авіаційно-космічних систем, а саме до способів виведення корисного вантажу на космічну орбіту за допомогою транспортно-космічної системи на базі авіаційного носія. Відома трансатмосферна пускова система із горизонтальним зльотом (патент US №4802639, МПК B64G1/14, 7.02.1989), у якій пуск трансатмосферного літального апарата включає у себе, оснащення літака повітряно-реактивним та реактивним двигуном, оснащення трансатмосферного літального апарата понадзвуковим прямоточним повітряно-реактивним двигуном; установку трансатмосферного літального апарата під літак, керування вказаним повітряно-реактивним двигуном для виконання горизонтального зльоту поєднаного літака та літального апарата; політ поєднаного літака та літального апарата, включаючи запуск реактивного двигуна та подальше прискорення до чисел Маха 3.3, а також набір висоти, достатній для того, щоб літальний апарат вийшов на орбіту та виконав задану місію; під час такого прискорення та набору висоти, запуск понадзвукового прямоточного повітрянореактивного двигуна; а також після досягнення указаних чисел Маха та висоти, роз'єднання літака та літального апарата та незалежних політ літака та літального апарата; включаючи керування понадзвуковим прямоточним повітряно-реактивним двигуном для сприяння продовження прискорення окремим трансатмосферним літальним апаратом до швидкості, що перевищує орбітальну швидкість, та набір максимальної висоти, при котрій можлива робота понадзвукового прямоточного повітряно-реактивного двигуна, а далі політ по інерції літального апарата до заданої висоти. Недоліком даного способу є використання реактивного двигуна на літаку, що потребує наявності запасів двох компонентів палива на борту літака, а також підвищення ресурсу роботи реактивного двигуна. Також недоліком є необхідність установки на трансатмосферний літальний апарат додаткового двигуна для забезпечення керування на ділянці із вимкненим понадзвуковим прямоточним повітряно-реактивним двигуном. Найбільш близьким до запропонованого рішення по технічній суті є спосіб виведення корисного вантажу на орбіту у космос (прототип - патент RU №2159727, МПК B64G1/00, F41F6/06, B64D5/00, 27.11.2000), що включає підготовку до польоту та зліт багаторежимного літака-розгінника із ракетою-носієм з аеродрому, політ у зону пуску ракети-носія із дозаправкою у повітря або без неї, розгін та набір висоти при підльоті до зони запуску ракети-носія, маневр літака-розгінника, відділення та запуск ракети-носія, переведення літака-розгінника у режим командно-вимірювального пункту, супроводження об'єкта виведення до моменту його виходу на орбіту, із дозаправкою літака-розгінника або без неї, та повернення на аеродром посадки. При цьому підготовка до польоту та зліт виконують з аеродрому, що забезпечую найменшу відстань до зони запуску ракети-носія при найбезпечнішому маршруті польоту, політ у вказану зону запуску здійснюють у режимінайбільшої дальності польоту, а при підльоті до заданого проміжного пункту маршруту виконують розгін до заданої або граничної понадзвукової швидкості із набором висоти у заданому напрямі до точки відділення ракети-носія, далі досягнення заданих швидкості польоту, висоти та географічних координат виконують літакомрозгінником маневр "гірка" и при досягненні необхідного кута тангажу здійснюють відділення ракети-носія, запуск її двигунної установки та рух по оптимальній траєкторії, а літак-розгінник переводять у режим командно-вимірювального пункту для супроводження корисного вантажу, що виводиться до його виходу на задану орбіту. Параметри маневру "гірка" та момент відділення визначають, виходячи із умов забезпечення нульового кута атаки ракети-носія у момент старту та мінімального перевантаження, що діє на неї при виконанні маневру та упродовж всього часу виходу на задану траєкторію. Переведення літака-розгінника у режим командно-вимірювального пункту для супроводження корисного вантажу, що виводиться здійснюють автоматично при відділенні ракети-носія, при цьому курс, висоту та швидкість польоту літака-носія визначають із урахуванням траєкторії виведення корисного вантажу у космос. Недоліком даного способу є переведення літака-розгінника у режим командновимірювального пункту та супроводження об'єкта виведення до моменту його виходу на орбіту, так як це підвищує тривалість польоту літака-розгінника і відповідно приводить до підвищення запасів палива, а також ускладнює системи літака. Технічною задачею рішення, що пропонується є підвищення ефективності виведення корисного вантажу авіаційно-космічною системою, за рахунок виконання літака-розгінника безпілотним та підвищення його енергетичних можливостей для надання ракеті космічного призначення (РКП) найбільш вигідних параметрів старту. Технічний результат полягає у підвищенні ефективності виведення корисного вантажу, за рахунок зменшення на 50 % запасів палива на борту безпілотного літального апарата (БПЛА) та 1 UA 107838 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 витрат на підготовку і забезпечення пілота (оператора) на 20…25 %, а також зменшення маси РКП на 25…30 %. Поставлена технічна задача вирішується за рахунок використання наступних відомих суттєвих ознак: спосіб виведення корисного вантажу на космічну орбіту, що включає зліт авіаційного носія-розгінника із ракетою космічного призначення з аеродрому, розгін з набором висоти та виконання маневру "гірка", відділення від авіаційного носія-розгінника та запуск ракети космічного призначення під необхідним кутом тангажа із наступним поверненням авіаційного носія-розгінника на аеродром, а також використання наступних відмінних ознак: як авіаційний носій-розгінник використовують багаторежимний гіперзвуковий безпілотний літальних апарат із комбінованою силовою установкою, у котрій поєднують турбореактивний та прямоточний повітряно-реактивний двигуни, зліт та набір висоти здійснюють турбореактивним двигуном, а розгін до заданого значення гіперзвукової швидкості виконують за допомогою прямоточного повітряно-реактивного двигуна, при цьому ділянка розгону на прямоточному повітряно-реактивному двигуні складає 0,3…0,5 тривалості польоту безпілотного літального апарата до відділення ракети космічного призначення, після якого безпілотний літальний апарат виконує маневр розходження із ракетою космічного призначення та подальше зниження, до того ж маневр розходження здійснюють по крену. Використання сукупності зазначених суттєвих ознак дозволяє підвищити ефективність виведення корисного вантажу, за рахунок зменшення на 50 % запасів палива на борту БПЛА та витрат на підготовку і забезпечення пілота (оператора) на 20…25 %, а також зменшення маси РКП на 25…30 %. Для пояснення способу виведення корисного вантажу на космічну орбіту наводяться креслення: на фіг. 1 - зображений БПЛА із РКП, на фіг. 2 - БПЛА та РКП у момент відділення, на фіг. 3 - силова установка БПЛА, на фіг. 4 - РКП, на фіг. 5 - зображена схема способу виведення корисного вантажу. Здійснення способу, що пропонується для виведення корисного вантажу на космічну орбіту реалізується за допомогою висотного гіперзвукового БПЛА 1 та РКП 2. Під планером БПЛА 1 у виїмці розміщується РКП 2, котра для кращого обтікання на високих швидкостях прикривається стікачем 5. БПЛА споряджений силовою установкою, що складається із двох типів двигунів: турбореактивного двоконтурного двигуна (ТРДД) 3 та прямоточного повітряно-реактивного двигуна (ППРД) 4. Підведенняповітря до двигунів забезпечує повітрозабірний пристрій 6. У повітрозабірному пристрої подача повітря до ТРДД 3 відбувається по каналам входу 8, а подача повітря до двигуна ППРД 4 здійснюється по каналах входу 7, що об'єднуються в один канал. Для переключення між каналами входу існує перемичка 9, котра регулюється системою керування потоком повітря 11. Повітрозабірний пристрій використовується від старту до високих швидкостей польоту, так як передбачена система регулювання площі входу 10. РКП виконана триступеневою на базі твердопаливних двигунів 15, 17, 19, що поєднані перехідними відсіками 16, 18 та прикрита обтікачем 12. На першому ступені кріпиться хвостовий відсік із стабілізаторами 20, що мають змогу складатися, до якого кріпиться стікач. На третьому ступені кріпиться адаптер 14, на котрому встановлюється корисний вантаж 13. На схемі способу виведення корисного вантажу зображено: А - ділянка зльоту та підйому БПЛА; В - ділянка до розгону БПЛА; С - точка відділення РКП від БПЛА; D - ділянка зниження БПЛА; Ε - ділянка повернення БПЛА F - ділянка автономного польоту РКП. Виведення корисного вантажу на космічну орбіту здійснюється таким чином. Зліт БПЛА (А) на турбореактивних двигунах, що працюють у режимі повного форсажу та підйом БПЛА на максимальному режимі роботи двигуна. При досягненні нульового значення ефективної швидкості розгону, тобто швидкості що визначається різницею між швидкістю, що створюється тягою двигунів та швидкістю, що відбирається лобовим опором, виконується попередній розгін БПЛА разом з РКП із застосуванням повного форсажного режиму роботи двигуна. Далі відбувається увімкнення прямоточного двигуна, вимкнення ТРДД та дорозгін до визначеного значення (4.0…4.3М) гіперзвукової швидкості. У точці С виконується відділення РКП від БПЛА, відділення стікача від РКП, розкриття стабілізаторів у робоче положення та увімкнення двигуна першого ступеня РКП. Після відділення РКП БПЛА виконує поворот по крену для здійснення їх безпечного розходження. БПЛА продовжує політ із зменшенням швидкості та зниженням (ділянка D). На ділянці повернення (Е) використовується ТРДД для виконання посадки на аеродром. Після відділення РКП від БПЛА (С) РКП продовжує автономний політ із відділенням розгінних блоків та виведенням корисного вантажу на космічну орбіту. Використання запропонованого способу дозволяє підвищити ефективність виведення корисного вантажу, за рахунок зменшення на 50 % запасів палива на борту БПЛА та витрат на 2 UA 107838 C2 підготовку і забезпечення пілота (оператора) на 20….25 %, а також зменшення маси РКП на 25….30 %. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 1. Спосіб виведення корисного вантажу на космічну орбіту, що включає зліт авіаційного носіярозгінника із ракетою космічного призначення з аеродрому, розгін з набором висоти та виконання маневру "гірка", відділення від авіаційного носія-розгінника та запуск ракети космічного призначення під необхідним кутом тангажа, а також наступне повернення авіаційного носія-розгінника на аеродром, який відрізняється тим, що як авіаційний носій-розгінник використовують багаторежимний гіперзвуковий безпілотний літальний апарат із комбінованою силовою установкою, у котрій поєднують турбореактивний та прямоточний повітрянореактивний двигуни, зліт та набір висоти здійснюють турбореактивним двигуном, а розгін до заданого значення гіперзвукової швидкості виконують за допомогою прямоточного повітрянореактивного двигуна, при цьому ділянка розгону на прямоточному повітряно-реактивному двигуні складає 0,3…0,5 тривалості польоту безпілотного літального апарата до відділення ракети космічного призначення, після якого безпілотний літальний апарат виконує маневр розходження із ракетою космічного призначення та подальше зниження, до того ж маневр розходження здійснюють по крену. 2. Спосіб виведення корисного вантажу на космічну орбіту за п. 1, який відрізняється тим, що після зльоту здійснюють набір висоти на максимальному режимі роботи турбореактивного двигуна до досягнення нульового значення ефективної швидкості розгону, після чого вмикається форсажний режим роботи двигуна та виконують розгін до значення швидкісного напору, що необхідне для запуску прямоточного повітряно-реактивного двигуна. 3. Спосіб виведення корисного вантажу на космічну орбіту за п. 1, який відрізняється тим, що задане значення гіперзвукової швидкості вибирається із інтервалу 4,0….4,3 чисел Маха. 3 UA 107838 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул.Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4