Многоразовая авиационно-космическая система
Многоразовая авиационно-космическая система (МАКС) — проект использующего метод воздушного старта двухступенчатого комплекса космического назначения, который состоит из самолёта-носителя (Ан-225 «Мрия») и орбитального космического корабля-ракетоплана (космоплана), называемого орбитальным самолётом. Орбитальный ракетоплан может быть как пилотируемым, так и беспилотным. В первом случае он устанавливается вместе с одноразовым внешним топливным баком. Во втором — баки с компонентами топлива и окислителя размещаются внутри ракетоплана. Вариант системы допускает также установку вместо многоразового орбитального самолёта одноразовой грузовой ракетной ступени с криогенными компонентами топлива и окислителя.
В вариантах с ракетопланом полезный груз на низкую орбиту составляет 7 тонн, с одноразовой ракетной ступенью — 18 тонн. Стартовая масса системы — 275 тонн.
Рис. 3. МАКС, СССР/Россия, с 1985 года. Многоразовая система с воздушным стартом, посадка горизонтальная. Взлетная масса - 620 т, вторая ступень с топливным баком - 275 т, орбитальный самолет - 27 т. Экипаж - 2 человека, полезная нагрузка - до 8 т. По утверждению разработчиков (НПО Молния). МАКС - наиболее близкая к реализации проект многоразового корабля
Основное назначение многоцелевой системы — доставка грузов и экипажей на орбиту, в том числе на орбитальные станции. Также МАКС может использоваться (в том числе оперативно ввиду отсутствия привязки к космодрому и возможности запусков в разных направлениях) для аварийного спасения экипажей космических объектов, для ремонтно-аварийно-технических работ, научных экспериментов, организации производств на орбите, в гражданских и военных целях наземной разведки, экологического и космического контроля.
|
|
|
Важным преимуществом этой системы воздушного старта является отсутствие необходимости в космодроме. Система базируется на обычных аэродромах 1-го класса, дооборудованных необходимыми для МАКС средствами заправки компонентами топлива, наземного технического и посадочного комплекса и вписывается, в основном, в существующие средства наземного комплекса управления космическими системами.
К преимуществам проекта МАКС можно также отнести экологическую чистоту за счёт применения менее токсичного топлива в разработанном многорежимном трёхкомпонентном двигателе РД-701 (керосин/водород+кислород).
Проект «МАКС» получил золотую медаль с отличием и специальный приз премьер-министра Бельгии в 1994 году в Брюсселе на Всемирном салоне изобретений, научных исследований и промышленных инноваций «Брюссель-Эврика-94».
|
|
|
Клипер
На смену одноразовым «Союзам» с 2000-х годов началась разработка многоцелевого космического корабля «Клипер», который стал промежуточным звеном между крылатыми шаттлами и баллистической капсулой «Союза». В 2005 году в целях сотрудничества с Европейским космическим агентством была представлена новая версия — крылатый «Клипер».
«Клипер» состоит из орбитального отсека и возвращаемого аппарата, похожего на утюг. Высокое аэродинамическое качество (0,6—1,8 на гиперзвуке против 0,25—0,3 у «Союза») позволяет осуществлять планирующий спуск в верхних слоях атмосферы, снижая тепловые нагрузки и позволяя использовать многоразовую теплозащиту. Конструкция также позволяет возвращаемому аппарату совершать боковые манёвры в пределах 500—600 км. Крылатый аппарат в целом сохранил фюзеляж бескрылого, но обладает высоким аэродинамическим качеством на дозвуке (до 4—5), что позволяет производить посадку на аэродромы как обычному самолету.
Орбитальный отсек спроектирован на основе «Союза». С него же планировалось взять системы сближения и стыковки, а двигатели орбитального маневрирования сделать на паре этанол/жидкий кислород. Запас характеристической скорости около 420 м/с. Снизу к орбитальному отсеку пристыкован модуль с твердотопливными двигателями системы аварийного спасения, которые используются для довыведения на орбиту.
|
|
|
Рис. 4. «Эскиз стартовой компоновки космического корабля "Клипер" (один из вариантов)»
Основные отличия от «Союзов»:
- Многоразовость - «Клипер» имеет возвращаемую капсулу, которую можно будет использовать неоднократно;
- «Клипер» может выводить на орбиту 6 человек и до 700 кг полезного груза («Союз» — только 3 человека и 200 кг груза);
- Больший внутренний объём повышает комфортность и позволяет увеличить время автономного полёта
- «Клипер» сможет возвращать до 500 кг полезного груза («Союз-ТМА» — 100 кг);
- Универсальность: корабль может быть использован для доставки экипажа и груза на орбитальную станцию, экстренной эвакуации экипажа станции, для вывода на орбиту «космических туристов», при межпланетных полётах и т. д.;
- «Клипер» способен совершать более сложные маневры на орбите. Предполагается, что он будет более безопасен и комфортен.
Аппарат может выводить на орбиту 6 человек и до 700 килограммов груза, то есть превосходит по этим параметрам «Союз» в два раза. На данный момент нет информации о том, что работа проекта продолжается.
|
|
|
4. Зарубежные многоразовые космические системы
История зарубежных космических челноков началась в 1967 году, ещё до первого пилотируемого полёта по программе «Аполлон». 30 октября 1968 года НАСА обратилось к американским космическим компаниям с предложением проработать многоразовую космическую систему с целью снижения затрат на каждый пуск и килограмм полезного груза, выведенного на орбиту. Первым опытом в этой сфере стал космический челнок «Space Shuttle».
4.1. Space Shuttle
Для запуска в космос шаттлы использовали три собственных маршевых двигателя и два твердотопливных ракетных ускорителя, которые отделялись на высоте 45 км, приводнялись в океан, ремонтировались и использовались повторно. Подвесной топливный бак отбрасывался на высоте 113 км и частично сгорал в атмосфере.
Технические характеристики:
Высота на стартовой позиции - 56,14 м
Масса при старте - 2045 т
Масса полезного груза - 29,5 т
Процент полезного груза от общего веса - 1,4 %
Подъёмная сила при старте - 30 806 кН (3141 тс)
Первый полёт состоялся 12 апреля 1981 года. Шаттл облетел вокруг Земли 37 раз, что составило 1782 тыс. км. Время полёта – 2 суток 6 часов, успешное приземление на авиабазе «Эдвардс».
Рис. 6. Схема полёта многоразовой космической системы «Space Shuttle»
Стоимость доставки грузов на орбиту в случае со Спейс-шаттлами оказалась самой высокой за всю историю космонавтики. Каждый пуск стоил от 500 миллионов до 1,3 миллиардов долларов, каждый килограмм — от 13 до 17 тысяч долларов. Для сравнения, одноразовая ракета-носитель «Союз» способна выводить в космос грузы по цене от 4 242 до 11 265 долларов за килограмм. Программа «Спейс-Шаттл» планировалась как самоокупаемая, но в итоге стала одной из самых убыточных. Последний полёт по программе «Спейс-Шаттл» состоялся в 2011 году. 21 июля того года на Землю вернулся «Атлантис» - один из видов многоразовых челноков. Последняя посадка «Атлантиса» ознаменовала собой конец целой эпохи.
Рис. 7. Устройство Спейс-шаттла
X-20 Dyna Soar
X-20 Dyna-Soar (от Dynamic Soaring) — «Дайна-Сор» (игра слов: произносится так же, как и англ. dinosaur — динозавр) — американская программа создания пилотируемого космического перехватчика-разведчика-бомбардировщика X-20. Разработка велась с 24 октября 1957 по 10 декабря 1963.
Аппарат был выполнен по аэродинамической схеме орбитального самолета и являлся многоразовым. Выведение Х-20 на орбиту предполагалось различными модификациями ракеты-носителя «Титан». Разрабатывались различные модификации аппарата — орбитальный бомбардировщик, фоторазведчик, существовал вариант для инспекции и перехвата спутников противника на орбите. В зависимости от варианта исполнения, используемой ракеты-носителя и задачи миссии профиль полёта мог быть:
- Низкоорбитальный одновитковый полёт по схеме «разгон—планирование» (англ. boost-glide). Дальность такого полёта была в пределах одного витка вокруг Земли. Тормозная двигательная установка и маршевый двигатель в этом варианте отсутствовали.
- Орбитальный многовитковый полёт на любое число витков, необходимое для выполнения задачи перехвата спутников противника, их инспекции или уничтожения. При этом продолжительность автономного орбитального полёта могла составлять несколько суток. Предполагалась установка систем радарного/оптического обнаружения цели и бортового вооружения.
Технические характеристики:
Длина — 10,77 м.
Размах крыльев — 6,35 м.
Максимальный взлётный вес — 5,165 тонн.
Полезная нагрузка — 450 кг.
Объём кабины — 3,50 кубических метров.
Экипаж — 1 человек (в перспективе — до четырёх).
Управление аппаратом на всех участках полёта (включая и выведение на орбиту) осуществлялось вручную пилотом, автоматическое управление отсутствовало.
Рис. 8. Устройство многоразового космического аппарата «Dyna Soar»
Первый пилотируемый полёт корабля Dyna Soar-3 на один виток предполагался в июле 1966 года, первый многовитковый полёт — в 1969 году. Изучалась возможность стыковки Х-20 с будущей военной орбитальной станцией MOL.
Однако вследствие различных причин, как объективных технического и инженерного, так и сугубо внутренних, военно-политического и финансового характера (в частности, изменение приоритетов в пилотируемой программе НАСА и ВВС, к ведению которого относился проект), программа была свёрнута.
Гермес
С момента начала реализации программы Space Shuttle в мире неоднократно предпринимались попытки создания новых многоразовых кораблей. Проект "Гермес" начали разрабатывать во Франции в конце 1970-х годов, а потом продолжили в рамках Европейского космического агентства. Этот небольшой космический самолет, сильно напоминавший проект DynaSoar (и разрабатываемый в России "Клипер"), должен был выводиться на орбиту одноразовой ракетой «Ариан-5» с космодрома Куру, доставляя к орбитальной станции несколько человек экипажа и до трех тонн грузов. Приземление осуществлялось бы на обычную посадочную полосу в горизонтальном положении.
Думали изготовить два многоразовых корабля «Гермес», которые бы работали по 15—20 лет каждый. «Гермес» должен был иметь размах крыла 10 метров, массу 20 тонн, длину 18 метров. Кабина должна была быть герметичной и иметь объём 26 м³, а помещение для полезной нагрузки — 35 м³. Сначала планировалось выводить полезную нагрузку массой 4,5 тонны, но весной 1987 года её уменьшили до 3 тонн. Планировалось снабдить «Гермес» двигателем для выведения на орбиту, манёвров в космосе и схода с орбиты. Стоимость программы оценивалась в 5,3 млрд долларов. Цена запуска в космос 1 килограмма полезной нагрузки с помощью «Гермеса» оценивалась в 3000 долларов.
Однако изменение политической ситуации и трудности с финансированием привели к закрытию проекта в 1993 году. Ни одного корабля так построено и не было.
Рис. 9. Устройство многоразового космического корабля «Гермес»
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 964; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!