ВАРИАНТЫ КОНСТРУКТИВНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ МНОГОРАЗОВЫХ СИСТЕМ
Варианты конструктивной реализации многоразовых систем весьма разнообразны. При их обсуждении не стоит ограничиваться только кораблями, надо сказать и о многоразовых носителях – грузовых многоразовых транспортных космических системах (МТКС). Очевидно, что для снижения стоимости разработки МТКС надо создавать беспилотными и не перегружать их избыточными, как у Шаттла, функциями. Это позволит существенно упростить и облегчить конструкцию.
С точки зрения простоты эксплуатации наиболее привлекательны одноступенчатые системы: теоретически они значительно надежнее многоступенчатых, но их реализация находится «на гране возможного»: для создания таковых требуется снизить относительную массу конструкций не менее чем на треть по сравнению с современными системами. Впрочем, и двухступенчатые многоразовые системы могут обладать вполне приемлемыми эксплуатационными характеристиками, если использовать крылатые первые ступени, возвращаемые к месту старта по-самолетному.
Вообще МТКС в первом приближении можно классифицировать по способам старта и посадки: горизонтальному и вертикальному. Часто думают, что системы с горизонтальным стартом имеют преимущество, поскольку не требуют сложных пусковых сооружений. Однако современные аэродромы не способны принимать аппараты массой более 600-700 тонн, и это существенно ограничивает возможности систем с горизонтальным стартом. Кроме того, трудно представить себе космическую систему, заправленную сотнями тонн криогенных компонентов топлива, среди гражданских аэролайнеров, взлетающих и садящихся на аэродром по расписанию. А если учесть пребывания к уровню шума, то становится очевидным, что для носителей с горизонтальным стартом все равно придется строить отдельные высококлассные аэродромы. Так что у горизонтального взлета здесь существенных преимуществ перед вертикальным стартом нет. Зато, взлетая и садясь вертикально, можно отказаться от крыльев, что существенно облегчает и удешевляет конструкцию, но вместе с тем затрудняет точный заход на посадку и ведет к росту перегрузок при спуске.
|
|
|
В качестве двигательных установок МТКС рассматриваются как традиционные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), так и различные варианты и комбинации воздушно-реактивных (ВРД). Среди последних есть турбопрямоточные, ракетно-прямоточные, способные функционировать во всем диапазоне скоростей полета – от нулевых до орбитальных.
Воздушно-реактивные двигатели на порядок экономичнее ракетных (из-за отсутствия окислителя на борту аппарата), но при этом имеют и на порядок большую удельную массу, а так же весьма серьезные ограничения на скорость и высоту полета. Для рационального использования ВРД требуется совершать полет при больших скоростных напорах, защищая при этом конструкцию от аэродинамических нагрузок и перегревов. То есть, экономя топливо ВРД увеличивают массу конструкции, которая обходится гораздо дороже. Тем не менее, ВРД, вероятно, найдут применение в относительно не больших многоразовых аппаратах горизонтального старта.
|
|
|
Наиболее реалистичными, то есть простыми и относительно дешевыми в разработке, пожалуй, являются два вида систем. Первый – типа уже упомянутого «Клипера», в которых принципиально новым оказался только пилотируемый крылатый многоразовый аппарат. Но большие размеры хоть и создают определенные трудности в части теплозащиты, зато уменьшают затраты на разработку. Технические проблемы для таких аппаратов практически решены. Так что «Клипер» - это шаг в правильном направлении.
Второй – система вертикального пуска с двумя крылатыми ракетными ступенями, которые могут самостоятельно вернуться к месту старта. Особых технических проблем при их создании не ожидается, да и проходящий стартовый комплекс можно, наверное, подобрать из числа уже построенных.
|
|
|
Подводя итог, я думаю, что будущее многоразовых космических систем безоблачным не будет. Им придется отстаивать право на существование в суровой борьбе с примитивными, но надежными и дешевыми одноразовыми ракетами.
ГИПЕРЗВУКОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Наиболее перспективным типам двигательных установок для многоразовых воздушно-космических самолетов с горизонтальным взлетом некоторые специалисты считают гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД), или, как их чаще называют, прямоточные воздушно-реактивные двигатели со сверхзвуковым горением. Схема двигателя крайне проста – у него нет ни компрессора, ни турбины. Поток воздуха сжимается поверхностью аппарата, а так же в специальном воздухозаборнике. Как правило, единственной подвижной частью двигателя является насос подачи горючего.
Основная особенность ГПВРД в том, что при скоростях полета, шесть и более раз превышающих скорость звука, поток воздуха не успевает затормозиться во впускном тракте до дозвуковой скорости, и горение должно происходить в сверхзвуковом потоке. А это представляет известные сложности – обычно топливо не успевает сгорать в таких условиях. Долгое время считалось, что единственное горючее, пригодное для ГПВРД – водород. Правда, в последнее время получены обнадеживающие результаты и с горючим типа керосина.
|
|
|
Не смотря на то, что гиперзвуковые двигатели исследуются с середины 1950-х годов, до сих пор не изготовлено ни одного полноразмерного летного образца: сложность расчетов газодинамических процессов при гиперзвуковых скоростях требуют проведение дорогостоящих натурных летных экспериментом. Кроме того, нужны жаропрочные материалы, стойкие к окислению при больших скоростях, а так же оптимизированная система топливоподачи и охлаждения ГПВРД в полете.
Существенные недостаток гиперзвуковых двигателей – они не могут работать со старта, аппарат до сверхзвуковых скоростей надо разгонять другими, например, обычными турбореактивными двигателями. И, конечно, ГПВРД работает только в атмосфере, так сто для выхода на орбиту понадобится ракетный двигатель. Необходимость ставить несколько двигателей на один аппарат значительно усложняет конструкцию воздушно-космического самолета.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 244; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!