двухступенчатая баллистическая многоразовая транспортная космическая система

Формула изобретения

Двухступенчатая баллистическая многоразовая транспортная космическая система, содержащая ракетные ступени с баками горючего и баками окислителя - кислорода, маршевые двигательные установки и двигательные установки стабилизации и ориентации, при этом первая ступень выполнена цилиндрической формы, снабжена хвостовым отсеком, переходником и обтекателем, отличающаяся тем, что в качестве горючего маршевых двигательных установок использован водород, баки обеих ступеней системы выполнены несущими со совмещенными днищами, вторая ступень в форме усеченного конуса со сферическими днищами снабжена теплозащитой, обе ступени снабжены посадочными опорами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к конструкции многоразовых ракет-носителей и может быть использовано при разработке двухступенчатой баллистической многоразовой транспортной системы (БМТКС) для выведения на орбиту искусственного спутника Земли (ОИСЗ) космических аппаратов различного назначения, пилотируемых космических кораблей, в том числе туристических и т.д.

Известна беспилотная двухступенчатая полностью многоразовая транспортная космическая система (МТКС) К-1 разработки компании Kistler Aerospace (США, шт.Вашингтон), представленная в кн. А.И.Киселев и др. Космонавтика на рубеже тысячелетий. М., 2001 г., стр.113-114, а также на официальном сайте компании Kistler Aerospace http//www.rocketplanekistler.com.

Обе ступени МТКС К-1 имеют цилиндрическую форму и не снабжены крылом.

Каждая ступень системы К-1 работает на жидком кислороде и керосине. На первой ступени предполагается использовать три российских двигателя НК-33, а на второй ступени - их усовершенствованный вариант НК-43. Двигатели были изготовлены в 1970-х г.г. НПО «Труд» (ныне НТК «Двигатели НК») для советского носителя H1.

МТКС стартует вертикально, а мягкая посадка ступеней осуществляется с помощью парашютов и воздушных мешков. При этом затраты на выведение 1 кг полезного груза должны быть в два раза меньше, чем у существующих одноразовых РН.

Принципиальными недостатками МТКС К-1 являются:

- использование на первой ступени МТКС ненесущих баков: керосинового бака тороидальной формы и кислородного бака эллипсоидальной формы, следствием чего является переутяжеление конструкции ступени;

- использование цилиндрической формы конструкции второй ступени, не обеспечивающей аэродинамического торможения при спуске в атмосфере Земли до уровня дозвуковой скорости, необходимой при вводе парашютной системы;

- использование керосина вместо водорода, что значительно снижает энергетику МТКС К-1.

Баки первой и второй ступеней не имеют совмещенного днища.

Следствием указанных выше особенностей МТКС К-1 является большая потеря массы потенциальной полезной нагрузки.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков.

Указанная цель достигается тем, что в двухступенчатый БМТКС, содержащий ракетные ступени с баками горючего и баками окислителя - кислорода, маршевые двигательные установки (ДУ) и ДУ стабилизации и ориентации, первую ступень цилиндрической формы, снабженную хвостовым отсеком, переходником и обтекателем, в качестве горючего маршевых ДУ использован водород, баки обеих ступеней системы выполнены несущими с совмещенными днищами, а вторая ступень выполнена в виде усеченного конуса со сферическим днищем, снабжена теплозащитой, обе ступени снабжены посадочными опорами.

БМТКС представлена на фиг.1.

Первая ступень 1 БМТКС включает в свой состав несущие баки - кислородный 2 и водородный 3, их совмещенное днище 4, маршевую кислородно-водородную ДУ 5 и ДУ стабилизации и ориентации 6, размещаемую на обтекателе первой ступени 7.

Хвостовой отсек первой ступени 8 имеет сферическое днище 9 для защиты ДУ 5 от набегающего потока воздуха при спуске в атмосфере Земли. Отсек также оснащен посадочными опорами 10.

Соединение ступеней осуществляется с помощью переходника форменной конструкции 11.

Вторая ступени 12 выполнена в форме усеченного конуса со сферическим днищем и также с несущими баками - кислородным 13 и водородным 14 с совмещенным днищем 15.

Вторая ступень БМТКС оснащается маршевой кислородно-водородной ДУ 16 в отсеке ДУ 17 и ДУ стабилизации и ориентации 18, размещаемой в переходнике 19.

Днище и боковая поверхность ступени имеют теплозащитное покрытие. Вторая ступень также оснащается посадочными опорами 20.

Геометрическая форма второй ступени обеспечивает возможность маневра при спуске в атмосфере и минимальное отклонение точки посадки от номинального ее положения, находящейся на некотором удалении от стартового комплекса. Эта форма позволяет также максимально снизить скорость полета на этапе мягкой посадки. На переходнике 19 второй ступени устанавливается полезная нагрузка 21.

Несущие баки с совмещенными днищами, кислородно-водородные маршевые ДУ обеспечивают максимальный выход полезной нагрузки при заданной стартовой массе БМТКС, минимальную удельную стоимость выведения полезной нагрузки на ОИСЗ.

Схема функционирования БМТКС представлена на фиг.2.

Первая ступень после ее отделения от второй ступени совершает маневр возвращения к месту старта с помощью маршевой ДУ и ДУ стабилизации и ориентации. Мягкая посадка ступени осуществляется с помощью ДУ и посадочных опор.

Вторая ступень также совершает маневр возвращения к месту старта за счет использования аэродинамического качества ступени и ее ДУ. Для мягкой посадки второй ступени также используются посадочные опоры.

Непосредственная доставка ступеней от места посадки до стартовой позиции осуществляется с помощью специального колесного или гусеничного транспорта.

Совокупность перечисленных выше характеристик БМТКС обеспечивает высокую эффективность ее применения для решения широкого круга задач по выведению полезных нагрузок на ОИСЗ и ее максимальную конкурентоспособность на мировом рынке оказания космических услуг.

С учетом северного расположения космодромов РФ конкурентоспособность ее ракет-носителей может быть обеспечена только при условии их многоразового применения.

Очевидно, что эта задача может быть решена только с помощью баллистической МТКС.