RU2035358C1 - Recoverable launch vehicle and multiple configurration transportatioon system - Google Patents
Recoverable launch vehicle and multiple configurration transportatioon system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2035358C1 RU2035358C1 SU914894678A SU4894678A RU2035358C1 RU 2035358 C1 RU2035358 C1 RU 2035358C1 SU 914894678 A SU914894678 A SU 914894678A SU 4894678 A SU4894678 A SU 4894678A RU 2035358 C1 RU2035358 C1 RU 2035358C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stage
- unit
- launch vehicle
- payload
- launch
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/002—Launch systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/14—Space shuttles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
- B64G1/401—Liquid propellant rocket engines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
- B64G1/402—Propellant tanks; Feeding propellants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/40—Arrangements or adaptations of propulsion systems
- B64G1/403—Solid propellant rocket engines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетной технике, а именно системам и способам вывода ракет в космическое пространство. В частности, изобретение относится к системам, имеющим силовые установки в сочетании с орбитальным летательным аппаратом челночного типа или другим, несущим полезную нагрузку летательным аппаратом. The invention relates to rocket technology, namely, systems and methods for launching rockets into outer space. In particular, the invention relates to systems having power plants in combination with a shuttle-type orbiter or other payload aircraft.
Космический челнок [1] представляет собой многосторонний летательный аппарат, имеющий основные характеристики космического корабля, в то же время в некоторых отношениях напоминающий самолет. Космический челнок выводится в космическое пространство с помощью ракетных двигателей совершенно так же, как это делает обычный космический корабль, и возвращается из космического пространства наподобие самолета путем планирующего спуска через атмосферу и посадки на взлетно-посадочной полосе. Разработка космического челнока является значительным достижением, так как она знаменует приход элементарной космической транспортной системы. Предвидится система, дающая возможность человеку и грузу совершать элементарно-челночные рейсы в космическое пространство и обратно, тем самым обеспечивая возможность обслуживания, ремонта и дозаправки космического корабля, создания конструкций больших размеров, таких как производственное оборудование, и, в конце концов, сооружения в космическом пространстве поселений. The space shuttle [1] is a multilateral aircraft with the basic characteristics of a spacecraft, at the same time in some respects resembling an airplane. The space shuttle is launched into outer space using rocket engines in exactly the same way as a regular space ship does, and returns from outer space like an airplane by planning to descend through the atmosphere and land on the runway. The development of the space shuttle is a significant achievement, as it marks the arrival of an elementary space transport system. A system is foreseen that will enable a person and a cargo to perform elementary shuttle flights into outer space and vice versa, thereby providing the possibility of servicing, repairing and refueling a spacecraft, creating large-sized structures, such as production equipment, and, ultimately, structures in space space settlements.
В техническом отношении космический челнок состоит из орбитального летательного аппарата, содержащего маршевые двигатели челнока, внешний бак, содержащий ракетное топливо для подъема, используемое маршевыми двигателями, и два ракетных ускорителя на твердом топливе. Орбитальный летательный аппарат и ракетные ускорители являются многократно используемыми, в то время как внешний бак расходуется при каждом запуске. При запуске два твердотопливных ракетных двигателя и три жидкотопливных ракетных двигателя запускаются и работают одновременно. Орбитальный летательный аппарат вместе с экипажем и полезной нагрузкой остается на орбите для выполнения своей миссии обычно в течение около 7 дн, но в случае необходимости в течение более продолжительного промежутка времени, до 30 дн. После завершения миссии орбитальный летательный аппарат возвращается на Землю и приземляется как самолет. Technically, a space shuttle consists of an orbital vehicle containing shuttle marching engines, an external tank containing rocket propellant for lift used by the marching engines, and two solid propellant rocket boosters. The orbital aircraft and rocket boosters are reusable, while the external tank is consumed at each launch. When launched, two solid propellant rocket engines and three liquid propellant rocket engines start and operate simultaneously. The orbital aircraft, together with the crew and payload, remains in orbit to fulfill its mission, usually for about 7 days, but if necessary for a longer period of time, up to 30 days. After completing the mission, the orbiting aircraft returns to Earth and lands like an airplane.
В то время, как космический челнок стал основным шагом вперед в освоении космического пространства, существует еще ряд проблем, предотвращающих наиболее эффективный, экономичный и целесообразный способ работы такой челночной системы. До сих пор предпринималось мало попыток усовершенствовать космический челнок для обеспечения его большей гибкости. While the space shuttle was the main step forward in space exploration, there are still a number of problems that prevent the most efficient, economical, and expedient way of operating such a shuttle system. So far, few attempts have been made to improve the space shuttle to ensure its greater flexibility.
Одной из основных проблем, связанных с космическим челноком, является то, что орбитальный летательный аппарат, космический корабль, который выглядит как самолет с треугольным крылом, должен прикрепляться к внешнему баку и системам и также содержит три жидкотопливных ракетных двигателя с сопутствующими их системами. Топливный бак, остатки топлива после завершения работы двигателей, ракетные двигатели добавляют значительный вес к общему весу, выводимому на орбиту или близко к ней. One of the main problems associated with the space shuttle is that the orbital aircraft, a spaceship that looks like a plane with a triangular wing, must be attached to the external tank and systems and also contains three liquid-propellant rocket engines with their associated systems. Fuel tank, residual fuel after engine shutdown, rocket engines add significant weight to the total weight brought into orbit close to it.
Кроме того, и даже более важно, двигатели и устройства подачи топлива сводят к минимуму объем пространства для размещения груза внутри орбитального летательного аппарата. Это означает, что возникает необходимость уменьшения объема и веса полезной нагрузки. Хотя орбитальный летательный аппарат может доставлять на орбиту до 25 т внутренней полезной нагрузки, вес этой нагрузки составляет только 1/7 часть от общего веса, выводимого на орбиту. In addition, and even more importantly, engines and fuel delivery devices minimize the amount of space for placing cargo inside an orbital aircraft. This means that there is a need to reduce the volume and weight of the payload. Although an orbital aircraft can deliver up to 25 tons of internal payload into orbit, the weight of this load is only 1/7 of the total weight put into orbit.
Другой проблемой, связанной с космическим челноком, является недостаток гибкости, так как он обеспечивает выполнение только одного типа космического полета (миссии) с жестким ограничением размеров и веса выводимых на орбиту полезных нагрузок. Таким образом, должны разрабатываться программы космических полетов с учетом возможностей космического челнока и вводимых им ограничений. Космические челноки содержат грузовой отсек и маршевые двигатели. Так как они являются дорогими и сложными для изготовления, в любой момент времени должно быть обычно в работе нескольких таких челноков. Транспортировка в космическое пространство ограничивается, когда орбитальные летательные аппараты находятся в нерабочем состоянии для обслуживания или пока они находятся на орбите. Таким образом, например, орбитальные летательные аппараты не могут быть использованы для длительных пилотируемых космических полетов без жесткого ограничения стартовых возможностей. Они должны быть быстро возвращены на Землю для поддержания пусковых операций. Это ограничивает время проведения исследований на орбите и могло бы критически ограничить доставку и сборку космической станции или осуществлении других основных проектов космических полетов. Another problem associated with the space shuttle is the lack of flexibility, since it ensures the fulfillment of only one type of space flight (mission) with a strict restriction on the size and weight of payloads put into orbit. Thus, space flight programs should be developed taking into account the capabilities of the space shuttle and its limitations. Space shuttles contain a cargo compartment and marching engines. Since they are expensive and difficult to manufacture, at any given time, several such shuttles should usually be in operation. Transportation to outer space is limited when orbiting aircraft are inoperative for maintenance or while they are in orbit. Thus, for example, orbital aircraft cannot be used for long-term manned space flights without severely limiting launch capabilities. They must be quickly returned to Earth to support launch operations. This limits the time it takes to conduct in-orbit research and could critically limit the delivery and assembly of a space station or the implementation of other major space flight projects.
Изобретение предлагает создание ракеты-носителя с многоцелевой многокомпоновочной космической транспортной системой повторного использования, в которой обеспечивается множество модулей, которые могут соединяться между собой с образованием различных возможных компоновок согласно требованиям конкретной задачи космического полета. Основной частью системы является блок первой ступени, который выборочно используется в качестве независимого аппарата, выводимого на орбиту одной ступенью, или в качестве одной ступени многоступенчатой компоновки. Блок первой ступени является повторно используемым и имеет соответствующее устройство для возвращения на Землю. The invention proposes the creation of a launch vehicle with a multi-purpose multi-component space transport reuse system, in which a plurality of modules are provided that can be interconnected to form various possible arrangements according to the requirements of a particular space mission. The main part of the system is the first stage unit, which is selectively used as an independent device, put into orbit by one stage, or as one stage of a multi-stage arrangement. The first stage unit is reusable and has an appropriate device for returning to Earth.
Наиболее близкой с технической точки зрения как для ракеты-носителя, так и для многокомпоновочной транспортной системы можно принять ракету-носитель [2] содержащую множество цилиндрических модулей, один из которых выполнен в виде по меньшей мере частично одноразового беспилотного блока первой ступени с основной двигательной установкой, а еще один в виде блока полезной нагрузки, прикрепленного с возможностью съема снаружи к блоку первой ступени. The closest from a technical point of view both for the launch vehicle and for the multi-component transport system, it is possible to adopt a launch vehicle [2] containing many cylindrical modules, one of which is made in the form of at least partially disposable first-stage unmanned unit with a main propulsion system , and one more in the form of a payload block, attached with the possibility of removal from the outside to the block of the first stage.
Недостатками данной ракеты-носителя является то, что пусковая конфигурация модулей постоянна и блок первой ступени не в состоянии по выбору использоваться в качестве независимой одноступенчатой ракеты, выводимой на орбиту или как ступень многоступенчатой конфигурации с узлами крепления по выбору одного или нескольких добавочных одинаковых или различных модулей. The disadvantages of this launch vehicle are that the launch configuration of the modules is constant and the first stage unit is not able to selectively be used as an independent single-stage rocket, orbited or as a multi-stage configuration with attachment points for the choice of one or more additional identical or different modules .
Предлагаемая ракета-носитель многократного использования, которая отличается от известной тем, что для выборочной транспортировки различных полезных нагрузок в космическое пространство она содержит множество различных модулей, которые могут разъемно соединяться между собой с образованием различных возможных компоновок. Модули включают блок первой ступени, который является, по крайней мере, частично расходуемым и содержит маршевую двигательную (силовую) установку для обеспечения достаточной тяги для вывода полезных нагрузок вплоть до заданного веса на орбиту или близко к ней, блок полезной нагрузки для размещения полезных нагрузок и по крайней мере один блок второй ступени или вспомогательный блок для выборочного присоединения к остальной части системы, включающий двигательную установку второй ступени для обеспечения дополнительной тяги для вывода на орбиту полезных нагрузок с большим весом или для вывода полезных нагрузок в глубокий космос. Каждый из блоков может быть по отдельности присоединен к любому другому блоку, и несколько блоков одного типа могут быть использованы в выбранных стартовых компоновках. Блок полезной нагрузки может представлять собой простой пассивный контейнер для полезной нагрузки, прикрепляемый снаружи или внутри к блоку первой ступени, или может включать орбитальный летательный аппарат для пилотируемого полета по орбите, включающий отсек для груза и устройства маневрирования на орбите или двигатели. Оба типа блоков полезной нагрузки предпочтительно выполняются в виде модулей системы. Блоки второй ступени представляют собой ракетные ускорители или ракеты намного меньших размеров, чем блоки первой ступени, которые обеспечивают основную тягу. The proposed reusable launch vehicle, which differs from the known one in that for the selective transportation of various payloads into outer space, it contains many different modules that can detachably interconnect with each other to form various possible arrangements. The modules include a first stage unit, which is at least partially consumable and contains a propulsion (propulsion) propulsion system to provide sufficient traction to bring payloads up to a predetermined weight in or close to orbit, a payload block to accommodate payloads and at least one second-stage unit or auxiliary unit for selectively connecting to the rest of the system, including a second-stage propulsion system to provide additional traction for outputting orbit payloads with more weight or payloads into deep space. Each of the blocks can be individually attached to any other block, and several blocks of the same type can be used in the selected starting layouts. The payload block may be a simple passive payload container attached externally or internally to the first stage block, or it may include an orbital vehicle for manned orbit flight, including a cargo compartment and orbit maneuvering devices or engines. Both types of payload blocks are preferably implemented as system modules. The second stage blocks are rocket boosters or rockets of much smaller sizes than the first stage blocks, which provide the main thrust.
Предпочтительно блок первой ступени включает отсек для груза и предпочтительно используется в качестве аппарата, выводимого на орбиту одной ступенью, а также составной части различных многоступенчатых компоновок. Блок является полностью или, по крайней мере, частично расходуемым после запуска. При желании двигатели и электронная аппаратура могут быть отделены при возвращении блока на Землю и могут быть, например, спасены с помощью подходящей парашютной системы. Однако в простейшем случае весь блок является расходуемым и полностью теряется после запуска. Если он используется в качестве аппарата, выводимого на орбиту одной ступенью, то он обычно выводит на орбиту небольшую полезную нагрузку, освобождает полезную нагрузку и остается на орбите или впоследствии падает на Землю. Preferably, the first stage unit includes a cargo compartment and is preferably used as an apparatus to be put into orbit in one stage, as well as an integral part of various multi-stage arrangements. The block is fully or at least partially consumed after startup. If desired, the engines and electronic equipment can be separated when the unit returns to Earth and can, for example, be saved using a suitable parachute system. However, in the simplest case, the entire block is expendable and is completely lost after startup. If it is used as a device that is put into orbit in one step, then it usually puts a small payload into orbit, releases the payload and remains in orbit or subsequently falls to Earth.
Блок первой ступени в предпочтительном воплощении изобретения выполнен в виде простого цилиндрического топливного бака типа, аналогичного внешему баку настоящего космического челнока и включающего жидкостные ракетные двигатели, имеющие дополнительный внутренний объем для груза. Блок имеет различные места крепления для выборочного прикрепления его к контейнеру с полезной нагрузкой, орбитальному летательному аппарату, блокам второй ступени или к другим блокам первой ступени для обеспечения повышенной грузоподъемности. Места крепления в предпочтительном воплощении должны быть аналогичными имеющимся в настоящее время в стандартной ракете-носителе космического челнока. Предпочтительно блок также имеет свой собственный внутренний отсек для полезной нагрузки и предназначается для полета аппарата без экипажа при использовании в качестве аппарата, выводимого на орбиту одной ступенью. The first stage unit in the preferred embodiment of the invention is made in the form of a simple cylindrical fuel tank of a type similar to the outer tank of the present space shuttle and including liquid rocket engines having an additional internal volume for the cargo. The unit has various attachment points for selectively attaching it to a payload container, orbital aircraft, second-stage units or to other first-stage units to provide increased payload. The attachment points in the preferred embodiment should be similar to those currently available in a standard space shuttle launch vehicle. Preferably, the unit also has its own internal compartment for the payload and is intended for the flight of the apparatus without a crew when used as an apparatus put into orbit in one step.
В предпочтительном воплощении блок первой ступени имеет от трех до восьми двигателей, которые могут иметь тягу, эквивалентную тяге используемых в настоящее время маршевых двигателей космического челнока, все из которых расположены на заднем конце блока первой ступени. В передней части содержатся баки с жидким ракетным топливом. В альтернативном воплощении могут использоваться другие виды топлива для обеспечения требуемой тяги. Это сравнительно простая и расходуемая основная ракета-носитель обеспечивает широкое разнообразие стартовых возможностей и возможностей выполнения различных задач по исследованию космоса при сравнительно низких затратах. Две или более таких основных ракет-носителей могут присоединяться друг к другу для повышения грузоподъемности. In a preferred embodiment, the first stage unit has from three to eight engines, which may have a thrust equivalent to the thrust of the currently used space shuttle engines, all of which are located at the rear end of the first stage unit. In the front part there are tanks with liquid rocket fuel. In an alternative embodiment, other fuels may be used to provide the required traction. This relatively simple and expendable main launch vehicle provides a wide variety of launch capabilities and the ability to perform various space exploration tasks at relatively low cost. Two or more of these main launch vehicles can be joined together to increase payload.
С помощью такого блока первой ступени в космическое пространство может выводиться орбитальный летательный аппарат, аналогичный настоящему челночному орбитальному летательному аппарату, но без громоздких и тяжелых маршевых двигателей космического челнока. Орбитальный летательный аппарат может отделяться от блока первой ступени в любое время и затем блок первой ступени может быть возвращен на Землю и при необходимости повторно использован. Таким образом, орбитальный летательный аппарат может оставаться в космическом пространстве более длительное время и может иметь большую полезную нагрузку, так как маршевые двигателя челнока удаляются из летательного аппарата. Летательный аппарат может иметь увеличенное количество ракетного толива для системы маневрирования в орбитальном полете по сравнению со стандартными космическими челноками и более длинный грузовой отсек, дающий возможность транспортировки в космическое пространство более объемистой полезной нагрузки. With the help of such a block of the first stage, an orbital aircraft similar to a real shuttle orbital aircraft, but without bulky and heavy marching engines of the space shuttle, can be launched into outer space. The orbital aircraft can be separated from the first stage unit at any time and then the first stage unit can be returned to Earth and reused if necessary. Thus, the orbital aircraft can remain in outer space for a longer time and may have a greater payload, since the marching shuttle engines are removed from the aircraft. The aircraft can have an increased amount of rocket toll for the maneuvering system in orbital flight compared to standard space shuttles and a longer cargo compartment, which makes it possible to transport more voluminous payload into outer space.
Для повышения грузоподъемности и обеспечения возможности транспортировки в глубокий космос может использоваться блок второй ступени или вспомогательный ракетный двигатель. Он может быть в виде твердотопливных ракетных ускорителей, прикрепляемых к блоку первой ступени, или в виде ракет внешней подвески, которые могут пристыковываться или к блоку первой ступени, или к орбитальному летательному аппарату, запускаемому блоком первой ступени. Вспомогательными блоками могут быть ракеты, работающие на жидких водороде и кислороде, или ракеты, содержащие любое подходящее ракетное топливо и предпочтительно являющиеся также расходуемыми. To increase the carrying capacity and provide the possibility of transportation into deep space, a second-stage unit or auxiliary rocket engine can be used. It can be in the form of solid fuel rocket boosters attached to the first stage unit, or in the form of external suspension missiles that can dock either to the first stage unit or to an orbital aircraft launched by the first stage unit. The auxiliary units may be liquid hydrogen and oxygen rockets, or rockets containing any suitable rocket fuel, and preferably also be consumable.
Таким образом, одна возможная компоновка предложенной ракеты-носителя включает один блок первой ступени, содержащий полезную нагрузку для вывода на орбиту. В этом случае блок первой ступени может включать или внутренний отсек для полезной нагрузки или внешние контейнеры для полезной нагрузки, прикрепляемые к блоку. Thus, one possible layout of the proposed launch vehicle includes one block of the first stage, containing a payload for putting into orbit. In this case, the first stage unit may include either an internal payload compartment or external payload containers attached to the unit.
Многокомпоновочная транспортная система является комбинацией блока первой ступени с подходящими вспомогательными устройствами, например ракетными ускорителями, аналогичными используемым в настоящее время в косимческом челноке, или вспомогательными ракетами-носителями внешней подвески, имеющими подходящее ракетное топливо для обеспечения возможности блоку первой ступени выводить на орбиту более тяжелые полезные нагрузки. В модифицированной компоновке два или более блока первой ступени могли бы располагаться с образованием цилиндрических структур с параллельной работой путем обеспечения подходящего кольцевания системы питания ракетным топливом, как это осуществлятся в настоящей системе с космическим челноком. Система с множеством блоков первой ступени этого типа могла бы использоваться с дополнительными ракетными ускорителями или блоками внешней подвески для сообщения ей дополнительной тяги и могла бы работать в качестве многоступенчатого летательного аппарата, предназначенного для выведения на орбиту сверхтяжелых полезных нагрузок. Контейнеры с полезной нагрузкой могли бы прикрепляться к блокам первой ступени снаружи или размещаться внутри их в подходящих отсеках для полезной нагрузки. В альтернативном воплощении для вывода на орбиту большого контейнера с полезной нагрузкой несколько блоков первой ступени могли бы располагаться в связке, закольцованной по ракетному топливу, вокруг контейнера и работать параллельно или в многоступенчатом режиме для вывода контейнера на орбиту. A multi-component transport system is a combination of a first-stage unit with suitable auxiliary devices, for example rocket boosters similar to those currently used in the space shuttle, or auxiliary external launch vehicle having suitable rocket fuel to enable the first-stage block to put heavier useful ones into orbit load. In a modified arrangement, two or more first stage blocks could be arranged with the formation of cylindrical structures with parallel operation by providing suitable ringing of the rocket fuel supply system, as is done in the present space shuttle system. A system with many first-stage blocks of this type could be used with additional rocket boosters or external suspension blocks to provide additional thrust to it and could work as a multi-stage aircraft designed to launch superheavy payloads into orbit. Payload containers could be attached to first stage units externally or placed inside them in suitable payload compartments. In an alternative embodiment, for launching a large container with a payload into orbit, several blocks of the first stage could be located in a bundle looped over rocket fuel around the container and work in parallel or in multi-stage mode to bring the container into orbit.
Таким образом, предложенная модульная многокомпоновочная космическая транспортная система является сравнительно простой, гибкой и дает возможность осуществлять транспортировку на орбиту или в глубокий космос полезной нагрузки различного веса путем подходящего выбора блоков, которые должны разъемно состыковываться между собой. Вместо специальной разработки всей новой ракетной силовой установки для каждой новой полезной нагрузки или решения новых космических задач существующая модульная система может использоваться путем простого присоединения друг к другу требуемых модулей для запуска. Блоки в предпочтительном воплощении являются расходуемыми, за исключением любого орбитального летательного аппарата с экипажем, делая запуски менее трудными и конструкции отдельных летательных аппаратов менее сложными и, таким образом, менее дорогостоящими. Усовершенствованные орбитальные летательные аппараты, которые не включают маршевые двигатели, являются менее дорогими в производстве и, таким образом, могут быть более доступными, улучшая транспортный коэффициент готовности и давая возможность орбитальным летательным аппаратам оставаться в космосе более длительное время без жесткого ограничения стартовых возможностей. Thus, the proposed modular multicomponent space transport system is relatively simple, flexible and makes it possible to transport payloads of various weights into orbit or deep space by a suitable choice of blocks that must be joined together detachably. Instead of specifically developing the entire new rocket propulsion system for each new payload or solving new space problems, the existing modular system can be used by simply connecting the required modules for launch to each other. The blocks in the preferred embodiment are expendable, with the exception of any orbital aircraft with crew, making launches less difficult and the design of individual aircraft less complex and thus less expensive. Improved orbital aircraft, which do not include marching engines, are less expensive to manufacture and, therefore, can be more affordable, improving the transport coefficient of availability and allowing orbital aircraft to remain in space for a longer time without severely limiting launch capabilities.
На фиг. 1 показана основная часть, или блок первой ступени ракеты-носителя многоразового использования, вид сбоку; на фиг. 2 показан блок первой ступени, представленный на фиг. 1, вид сзади, иллюстрирующий расположение двигателей; на фиг. 3 показан блок первой ступени прикрепленным к внешнему баку или блоку полезной нагрузки, вид сбоку; на фиг. 4 показано альтернативное носовое крепление блока полезной нагрузки; на фиг. 5 показана альтернативная стартовая компоновка с двумя расходуемыми основными частями и блоком полезной нагрузки; на фиг. 6 показана другая возможная компоновка системы, использующая блок первой ступени и два ракетных ускорителя, вид сбоку; на фиг. 7 показана многокомпоновочная транспортная система, в которой используется параллельное расположение блоков первой ступени для вывода в космическое пространство контейнера с полезной нагрузкой, вид сбоку; на фиг. 8 показана стартовая компоновка, представленная на фиг. 7, вид сверху; на фиг. 9 показан перспективный вид другой возможной стартовой компоновки, использующей один блок первой ступени, орбитальный летательный аппарат и ракетные ускорители. In FIG. 1 shows a main part or block of a first stage of a reusable launch vehicle, side view; in FIG. 2 shows a first stage unit shown in FIG. 1 is a rear view illustrating an arrangement of engines; in FIG. 3 shows a first stage unit attached to an external tank or payload unit, side view; in FIG. 4 shows an alternative nose mount for a payload block; in FIG. 5 shows an alternative starting arrangement with two consumable main parts and a payload block; in FIG. 6 shows another possible system layout using a first stage unit and two rocket boosters, side view; in FIG. 7 shows a multi-layout transport system in which a parallel arrangement of first-stage blocks is used to bring a payload container into outer space, side view; in FIG. 8 shows the starting arrangement of FIG. 7, top view; in FIG. 9 is a perspective view of another possible launch arrangement using one first stage unit, an orbital aircraft and rocket boosters.
На фиг. 1 и 2 показан базовый блок первой ступени или основной блок 1 предпочтительного воплощения предложенной ракеты-носителя многоразового использования. Блок 1 является, по крайней мере, частично или полностью расходуемым или одноразового действия (другими словами, не предусмотрены средства для возвращения блока на Землю после запуска) и может быть использован в качестве аппарата, выводимого на орбиту одной ступенью, как показано на фиг. 1, или может быть выборочно прикреплен к различным другим блокам или модулям с образованием многих возможных альтернативных стартовых компоновок. In FIG. 1 and 2 show the base unit of the first stage or the
Модульные блоки ракеты-носителя включают блок первой ступени или основной блок 1, вспомогательные двигательные установки, включающие твердотельные ракетные ускорители 2, которые разъемно прикрепляются к блоку 1 первой ступени (фиг. 6 и 7), орбитальный летательный аппарат 3 (фиг. 9), другой тип вспомогательной силовой установки, включающей крыльевые баки или ракеты 4 внешней подвески, и грузовые контейнеры или блоки 5, 6 без двигателей различных размеров (фиг. 3-5, 7 и 8). Эти модульные блоки используются в различных возможных стартовых и орбитальных компоновках согласно требуемым полезной нагрузке и транспортировке. Контейнеры с полезной нагрузкой или грузовые контейнеры 5, 6 являются беспилотными контейнерами для размещения полезной нагрузки, которые могут предпочтительно разъемно прикрепляться к блоку первой ступени и аналогично к другим блокам. Контейнеры с полезной нагрузкой могут иметь различные размеры. Таким образом, каждый из модульных блоков может быть разъемно прикреплен к любому другому блоку согласно желаемой стартовой компоновки и весу полезной нагрузки. The modular blocks of the launch vehicle include a first-stage unit or
Блок 1 первой ступени представляет собой повторно используемую ракету-носитель, которая способна работать в качестве аппарата, выводимого на орбиту одной ступенью. Она аналогична по внешнему виду внешнему баку космического челнока. В заднем конце блока 1 расположены восемь двигателей 7 (фиг. 2). Корпус 8 блока 1 имеет в основном цилиндрическую форму, передний конец 9 которого имеет коническую форму. Двигатели 7 конструируются для обеспечения достаточной тяги для вывода аппарата на желаемую орбиту. Они представляют собой двигатели с большой тягой и могут быть подобного или идентичного типа с маршевыми двигателями космического челнока. Для повышенной грузоподъемности ракеты-носители могут иметь до восьми маршевых двигателей. Двигатель 7 может использовать любое подходящее ракетное топливо, и блок 1 имеет подходящие топливные баки, установленные в цилиндрическом корпусе 8. Топливные баки могут включать отдельные отсеки для жидкого кислорода, жидкого водорода, твердого или жидкого углеводородного топлива или любой другой соответствующей комбинации топлива для вывода полезных нагрузок в космическое пространство. В предпочтительном воплощении маршевые двигатели используют жидкие водород и кислород в качестве ракетного топлива, которые также используются в маршевых двигателях космического челнока, подаваемые из внешнего бака.
В воплощении, показанном на фиг. 2, двигатели 7 используются двух различных типов, включающие внешнее кольцо из четырех небольших ракетных ускорителей 10, которые являются стационарными двигателями, используемыми от момента запуска до достижения высоты 5-6 км, и два больших центральных основных двигателя 11 с управлением вектором тяги для работы в космосе. Меньшие двигатели могут быть маршевыми двигателями космического челнока или им эквивалентными, в то время как большими двигателями могут быть стандартные маршевые двигатели космического челнока или эквивалентные типы двигателей. Альтернативно внешнее кольцо может включать шесть стартовых двигателей для повышения грузоподъемности или множество меньших двигателей с малой тягой, таких как двигатели типа RL-10 или им эквивалентные, которые заменяют двигатели 7, показанные на фиг. 2, например восемь или более двигателей RL-10 могут обеспечить возможность вывода на орбиту одной ступенью. In the embodiment shown in FIG. 2,
Предпочтительно блок первой ступени также включает подходящий грузовой отсек, предназначенный для размещения полезной нагрузки. Предпочтительно блок 1 первой ступени совместим с существующими местами (зонами) крепления космического челнока, твердотопливных ракетных ускорителей и стартового стола. Вокруг нижнего конца блока 1 обеспечиваются стопорные стойки 12 стартового стола, как в челночной системе. Место крепления или сопрягающаяся поверхность 13 служит для соединения блока 1 с блоком 5 полезной нагрузки, орбитальным летательным аппаратом или с другими модульными блоками в альтернативных компоновках. Обеспечиваются два или более таких места крепления для того, чтобы дать возможность присоединить основной блок 1 к одному или более дополнительным устройствам. Предпочтительно также обеспечивается крепежное устройство для обеспечения возможности, например, выборочного прикрепления блока полезной нагрузки к одной стороне блока 1, как показано на фиг. 3, или к его носовой части, как показано на фиг. 4. Носовое закрепление обеспечивает более высокую грузоподъемность. Preferably, the first stage unit also includes a suitable cargo compartment designed to accommodate the payload. Preferably, the
Предпочтительно место крепления устанавливается для обеспечения требуемого взаимозаменяемого разъемного механического соединения, а также двусторонней связи (обмена информацией) и обеспечения возможности подачи топлива от одного устройства к другому. Может также обеспечиваться электрическое или силовое соединение. Preferably, the mounting location is set to provide the required interchangeable detachable mechanical connection, as well as two-way communication (exchange of information) and to provide the ability to supply fuel from one device to another. An electrical or power connection may also be provided.
Обмен информацией между устройством может обеспечиваться через физическое соединение или дистанционно посредством радиосигналов. На соответствующей высоте блок 1 первой ступени отделяется от орбитального летательного аппарата или другого модульного блока и обычно падает на Землю. Другие зоны крепления аналогичной природы (не показанные на фигурах) используются для разъемного прикрепления твердотопливных ракетных ускорителей, крыльевых баков или контейнеров полезной нагрузки вокруг блока 1 первой ступени в различных возможных стартовых компоновках. Подходящая носовая зона крепления обеспечивается для выборочного разъемного прикрепления блока полезной нагрузки к носовой части устройства, как показано на фиг. 4. Эта носовая зона крепления должна быть стандартного типа со всеми необходимыми механическими, электрическими и жидкостными соединениями, но должна быть модифицирована аналогично к боковой зоне крепления для обеспечения возможности двусторонней передачи информации, а не односторонней. The exchange of information between the device can be provided through a physical connection or remotely via radio signals. At an appropriate height,
Расходуемый блок первой ступени является основной частью предложенной ракеты-носителя многоразового использования. A consumable first stage unit is the main part of the proposed reusable launch vehicle.
Твердотопливные ракетные ускорители 2 (фиг. 6) разъемно прикрепляются к одному или более блокам первой ступени через крепления 14 для обеспечения возможности вывода в космическое пространство более тяжелых полезных нагрузок. Те же зоны крепления могут использоваться для выборочного прикрепления или ускорителей 2, или блоков полезной нагрузки. Ускорители 2 могут быть того же типа, которые используются в космическом челноке. Каждый из ускорителей в основном включает цилиндрический корпус 15, имеющий на переднем конце коническую часть 16 и на заднем конце двигатель 17. Двигатель 17 является подходящим твердотельным двигателем и служит для обеспечения тяги ускорителей в процессе запуска. Коническая часть 16 корпуса 15 облегчает прохождение через атмосферу Земли и может служить в качестве контейнера для размещения посадочного парашюта для возвращения ускорителя на Землю. Альтернативно ускорители 2 могут быть одноразового пользования. Внешние поверхности могут быть покрыты подходящим материалом для обеспечения теплозащиты при входе в плотные слои атмосферы. Solid propellant rocket boosters 2 (Fig. 6) are detachably attached to one or more blocks of the first stage through
Ускорители 2 разъемно прикрепляются к блоку 1 первой ступени таким же способом, как это делается в существующей челночной системе. Например, они могут использоваться при возникновении необходимости запуска грузов, имеющих слишком большие габариты или вес. При выработке твердого ракетного топлива ускорители 2 отделяются от блока 1 и возвращаются на Землю, где они теряются, если являются расходуемыми блоками, или могут быть спасены и перезаправлены топливом для последующего использования.
В альтернативных воплощениях твердотопливные ракетные ускорители могут быть заземлены ракетами с подходящим жидким топливом с эквивалентной тягой, например, использующими жидкие углеводороды, жидкий кислород и жидкий водород или другое подходящее жидкое топливо. In alternative embodiments, solid rocket boosters can be grounded by rockets with suitable liquid propellants of equivalent thrust, for example, using liquid hydrocarbons, liquid oxygen and liquid hydrogen, or other suitable liquid fuel.
Орбитальный летательный аппарат 3, показанный на фиг. 9, аналогичен орбитальному космическому кораблю типа космического челнока, но в нем отсутствуют три маршевых двигателя и в задней части челночного аппарата обеспечивается отсек для ракетного топлива. Тяга трех маршевых двигателей обеспечивается в предложенной ракете-носителе в блоке первой ступени, и удаление этих двигателей из орбитального летательного аппарата значительно снижает его вес и предоставляет больший объем для размещения дополнительного груза. Орбитальный летательный аппарат включает систему 18 маневрирования в орбитальном полете, аналогичную используемой в космическом челноке, но с избыточным количеством ракетного топлива для выведения летательного аппарата на орбиту. The
Внешний корпус орбитального летательного аппарата 3 очень напоминает космический челнок, включающий на переднем конце носовую секцию 19, в которой располагаются пульты управления и кабина пилотирования, грузовой отсек 20, где выполняются эксперименты, размещаются различные источники питания, хранятся инструменты, и неподвижные крылья 21. Грузовой отсек намного длиннее отсека, используемого в настоящем летательном аппарате, из-за отсутствия маршевых двигателей и связанных с ними устройств управления и топливных систем. Таким образом, грузовой отсек простирается до задних загрузочных люков. Грузовой отсек имеет верхний люк для выхода в космическое пространство, как это имеет место в космическом челноке. Крылья 21 имеют острую внешнюю форму и простираются тангенциально от цилиндрической части корпуса аппарата 3. Передний край 22 крыльев покрыт слоем углерода. В задней части аппарата 3 простирается вверх руль 23, практически перпендикулярный плоскости крыльев 21. The outer casing of the
Орбитальный летательный аппарат может быть снабжен поворотным крылом вместо неподвижных крыльев 21, которое может быть эквивалентно поворотному крылу, установленному на блоке первой ступени. Могут также обеспечиваться выстреливаемые носовые рули. Система 18 маневрирования включает подходящий ракетный двигатель или двигатели, расположенные в заднем конце орбитального летательного аппарата, которые сообщаются с соплом или соплами 24. Система 18 служит в качестве маневрирующего двигателя малой тяги для орбитального летательного аппарата 3, когда он находится на орбите или приближается к ней. Нет необходимости использовать эту систему во всех случаях при определенной первоначальной дальности активного полета, хотя в некоторых случаях это может быть сделано. Система 18 маневрирования может иметь любое подходящее ракетное топливо, хранимое в баках на заднем конце орбитального летательного аппарата, такое как жидкие водород и кислород. В предпочтительной компоновке система маневрирования эквивалентна системе, имеющейся на космическом челноке, но имеющая больший запас топлива. The orbital aircraft may be provided with a rotary wing instead of the fixed
Другой тип модульного блока, показанного на фиг. 9, представляет собой вспомогательный блок, включающий крыльевой бак или ракету 4 внешней подвески. В устройстве, показанном на фиг. 1, показаны две такие ракеты 4 для разъемного прикрепления к крыльям орбитального летательного аппарата 3. Однако альтернативно они могут аналогично прикрепляться к блоку первой ступени. Предпочтительно ракеты 4 представляют собой ракеты с двигателем на жидких водороде и кислороде, которые прежде всего предназначены для прикрепления к полезной нагрузке, но могут иметь закольцованные системы питания с блоком 1 первой ступени. Another type of modular block shown in FIG. 9 is an auxiliary unit including a wing tank or an
Ракета 4 напоминает по внешнему виду твердотопливный ракетный ускоритель 2, но короче его и намного легче. В предпочтительной компоновке вес ее составляет 1/20 сухого веса ускорителя 2, и она предназначена для работы на большой высоте вплоть до космического пространства или в качестве ускорителя для дальних космических полетов или снабжающих летательных аппаратов. После полного расхода топлива ракеты 4 отделяются и теряются.
Ракета 4 имеет практически цилиндрическую основную часть 25 корпуса с конической носовой частью 26 на переднем конце и соплом или соплами 27 двигателей, выступающими с заднего его конца. В поперечном сечении ракета 4 является практически такой же, как блок 1. Внутри ракеты 4 имеется один или несколько баков для ракетного топлива. The
Другим выбираемым модульным блоком ракеты-носителя, показанной на фиг. 3, 4, 5, 7 и 8, является блок полезной нагрузки или контейнер 5, 6, который представляет собой простой пассивный контейнер для размещения груза, выводимого на орбиту или подаваемого к орбитальному летательному аппарату или космической станции. Такой блок разъемно прикрепляется к блоку первой ступени, а также аналогично к орбитальному летательному аппарату 3. Блоки 5, 6 могут иметь различные размеры в зависимости от веса полезных нагрузок. На фиг. 3, 4 и 5 показан блок 5 меньшего размера, на фиг. 7 и 8 показан блок 6 для большей полезной нагрузки, имеющий увеличенные размеры. Another selectable modular block of the launch vehicle shown in FIG. 3, 4, 5, 7, and 8, is a payload unit or
Различные блоки модульной ракеты-носителя многоразового использования могут выборочно прикрепляться друг к другу с образованием различных стартовых компоновок согласно весу полезной нагрузки и необходимости решения частных задач космического полета, т.е. вывода на орбиту, вывода в глубокий космос, совершения длительных полетов, сооружения космической станции и т.д. Некоторые из различных возможных компоновок предложенной ракеты-носителя представлены ниже. Даны оценочные значения грузоподъемностей при различных компоновках. Various blocks of a reusable modular launch vehicle can be selectively attached to each other with the formation of various launch arrangements according to the weight of the payload and the need to solve particular problems of space flight, i.e. launching into orbit, launching into deep space, making long flights, constructing a space station, etc. Some of the various possible layouts of the proposed launch vehicle are presented below. Estimated load ratings for various layouts are given.
Стартовые компановки Примерая грузоподъемность/ т 1. Блок 1 (шесть маршевых двигате- лей) с боковым закреплением блока 5 (фиг. 3) 12 2. Блок 1 (шесть маршевых двигате- лей) с носовым закреплением блока 5 (фиг. 4) 24 3. Связка из двух блоков 1 (шесть маршевых двигателей в кажом) (фиг. 5) 100 (полная) 4. Блок 1 (восемь маршевых двига- телей) с боковым закреплением полезной нагрузки 30 5. Блок 1 (восемь маршевых двига- телей) с носовым закреплением полезной нагрузки 40 6. Своенный блок 1 (восемь мар- шевых вигателей) 150 (полная) 7. Блок 1 с полуторной ступенью (т.е. двумя вспомогательными ракетами 4) 30-60 8. Блок 1 с восемью двигателями RL-10 приблизительно 3-5 9. Сдвоенный блок 1 с восемью двигателями RL-10 в каждом приблизительно 8.Starting lineups Approximate lifting capacity /
Эти и другие возможные компоновки описаны более подробно ниже. These and other possible arrangements are described in more detail below.
На фиг. 1 и 2 показано использование одного основного блока 1 в качестве аппарата, выводимого на орбиту одной ступенью. Это дает возможность запуска расположенной внутри полезной нагрузки, например спутника, который должен быть выведен в космическое пространство, при этом вес полезной нагрузки зависит от тяги двигателя блока 1. С увеличением количества двигателей в этом блоке может увеличиваться вес выводимой с его помощью на орбиту полезной нагрузки. In FIG. Figures 1 and 2 show the use of one
На фиг. 3 показан один блок полезной нагрузки или контейнер 5 с боковым закреплением на блоке 1. Это дает возможность выводить на орбиту полезные нагрузки, имеющие вес в пределах 10-30 т в зависимости от тяги двигателей блока 1. При носовом закреплении контейнера 5 на блоке 1, как показано на фиг. 4, грузоподъемность повышается до веса в пределах 20-40 т вследствие уменьшенного веса контейнера и поддерживающих его конструкций. In FIG. 3 shows one payload block or
На фиг. 5 показана альтернативная стартовая компоновка для запуска очень тяжелых полезных нагрузок, в которой два блока 1 соединяются между собой параллельно с закреплением между ними контейнера 5. Это повышает максимальную полную полезную нагрузку до величины 100-150 т в зависимости от количества двигателей в блоках 1. Для получения максимальной чистой полезной нагрузки необходимо из полной полезной нагрузки вычесть вес опорной конструкции контейнера 5. Предпочтительно в промежутке между двумя блоками 1 обеспечивается кольцевание системы питания топливом блока первой ступени (не видно на фиг. 5) для повышения грузоподъемности. Такая компоновка обеспечивает значительный выигрыш в грузоподъемности. In FIG. Figure 5 shows an alternative starting arrangement for launching very heavy payloads, in which two
На фиг. 6 показана другая потенциальная стартовая компоновка, использующая блок 1 и две вспомогательные ракеты 4. С такой компоновкой может выводиться на низкую орбиту вокруг Земли блок 1, несущий более тяжелую полезную нагрузку. Это эквивалентно так называемой полуторной ступени. In FIG. Figure 6 shows another potential launching
На фиг. 7 и 8 показана компоновка для вывода на орбиту сравнительно больших и тяжелых полезных нагрузок. В этой компоновке используется связка из четырех параллельно расположенных блоков 1 для запуска одного массивного контейнера 6 с полезной нагрузкой. Этот тип компоновки может использоваться в качестве многоступенчатой ракеты-носителя для выведения на орбиту очень больших полезных нагрузок. В промежутке между блоками первой ступени может обеспечиваться кольцевание 28 системы питания топливом и компоновка может включать два или более вспомогательных ракетных двигателя 2. Все эти двигатели разъемно прикрепляются к контейнеру 6 с полезной нагрузкой посредством крепежных устройств 29. Контейнер 6 по форме аналогичен меньшему контейнеру 5 и имеет цилиндрический корпус с обычно конической носовой частью. In FIG. Figures 7 and 8 show an arrangement for putting relatively large and heavy payloads into orbit. This arrangement uses a bunch of four
На фиг. 9 показана стартовая компоновка, включающая блок 1, орбитальный летательный аппарат 3 и две крыльевые ракеты с внешней подвеской, разъемно прикрепленные к нижним поверхностям крыльев 21 орбитального летательного аппарата 3. In FIG. 9 shows a launch arrangement including a
В воплощении, показанном на фиг. 9, блок 1 предназначен для подачи ракетного топлива к вспомогательным блокам в процессе запуска посредством подходящих топливных трубопроводов (не показаны) и отделяется от орбитального летательного аппарата и вспомогательных блоков по достижении скорости несколько сотен метров в секунду недалеко от орбиты. После отделения блок первой ступени падает на Землю. Затем орбитальный летательный аппарат и крыльевые ракеты выходят на низкую орбиту вокруг Земли. Расчеты показывают, что орбитальный летательный аппарат и две крыльевые ракеты могли бы достичь орбиты с полезной нагрузкой 50 т и общим весом около 20 т ракетного топлива в двух крыльевых ракетах. Топливо могло бы передаваться от одной крыльевой ракеты к другой. Крыльевые ракеты могли бы выработать топливо и быть возвращенными на Землю после опорожнения для подготовки их повторного использования. In the embodiment shown in FIG. 9, block 1 is designed to supply rocket fuel to the auxiliary units during the launch process by means of suitable fuel pipelines (not shown) and is separated from the orbital aircraft and auxiliary units upon reaching a speed of several hundred meters per second near the orbit. After separation, the first-stage block falls to the Earth. Then, the orbital aircraft and wing missiles enter a low orbit around the Earth. Calculations show that an orbital aircraft and two wing rockets could reach an orbit with a payload of 50 tons and a total weight of about 20 tons of rocket fuel in two wing rockets. Fuel could be transferred from one winged missile to another. Wing missiles could generate fuel and be returned to Earth after emptying to prepare for their reuse.
Во всех возможных компоновках блок первой ступени и его маршевые двигатели продолжают обеспечивать тягу до полного расхода ракетного топлива. Альтернативно двигатели могут быть разделены по ступеням. Ракетное топливо подается от подходящих баков, расположенных внутри блока, к двигателям в процессе запуска и достижения ракетой-носителем скорости, близкой к орбитальной. Избыточное топливо может передаваться крыльевым ракетам 4, например, в процессе запуска или после него. In all possible layouts, the first-stage unit and its marching engines continue to provide traction up to the full consumption of rocket fuel. Alternatively, the motors can be divided into steps. Propellant is supplied from suitable tanks located inside the unit to the engines during the launch and the launch vehicle reaches a speed close to orbital. Excess fuel can be transmitted to
Блок 1 первой ступени отделяется от орбитального летательного аппарата при более низкой инерциальной скорости, чем при выполнении соответствующей операции отделения внешнего бака от орбитального летательного аппарата в космическом челноке. Блок 1 отделяется по достижении достаточно близко орбитальной скорости и высоты для обеспечения возможности крыльевым ракетам 4 или усиленной системы маневрирования в орбитальном полете орбитального летательного аппарата вывести его на орбиту.
После отделения от блока 1 орбитального летательного аппарата и крыльевых ракет последние обеспечивают тягу для выведения орбитального летательного аппарата на орбиту. По достижении конечной или переходной траектории двигатели крыльевых ракет выключают. After separating the orbital aircraft and wing missiles from
Крыльевые ракеты используют не только в процессе вывода на орбиту, но дополнительно для транспортировки малых грузов и/или топлива с Земли к потребителям в космосе или для перемещения груза или топлива с одного объекта на другой (например, с космической станции, находящейся на низкой орбите вокруг Земли, к геодезическому спутнику). С этой целью в части корпуса крыльевой ракеты могут быть предусмотрены грузовые отсеки. Ракеты 4 могут конструироваться для выполнения операции вытаскивания груза из контейнера орбитального летательного аппарата, например, путем подтягивания его к их носовой части и транспортировки его к другому месту. Это, в частности, может быть полезным в случае сооружения космических станций и т.п. Wing rockets are used not only in the process of launching into orbit, but additionally for transporting small cargoes and / or fuel from the Earth to consumers in space or for moving cargo or fuel from one object to another (for example, from a space station in low orbit around Earth, to the geodetic satellite). For this purpose, cargo compartments may be provided in the wing missile body part.
Кроме того, полностью заправленные крыльевые ракеты могут быть обеспечены на орбите вокруг Земли для прикрепления к орбитальному летательному аппарату после запуска. Один, два, три или четыре такие ракеты могут быть прикреплены к одному орбитальному летательному аппарату в космическом пространстве для обеспечения достижения полностью нагруженным орбитальным летательным аппаратом скорости около 12, 24 или 36 км/с для выхода с низкой орбиты вокруг Земли. Таким образом, орбитальный летательный аппарат, комбинированный с различными крыльевыми ракетами многоразового пользования, может обеспечить экономичный доступ к глубокому космосу. Время расхода большинства критических расходуемых материалов на орбитальном летательном аппарате может быть продлено путем использования ракетного топлива от прикрепленных крыльевых ракет или путем использования повышенной грузоподъемности орбитального летательного аппарата в результате удаления маршевых двигателей. Таким образом, могут выполняться намного более длительные космические полеты или полеты в глубокий космос. Вспомогательный блок или крыльевая ракета может в альтернативных воплощениях включать простой топливный бак внешней подвески без двигателя для подачи топлива к системе маневрирования в орбитальном полете орбитального аппарата или другим внутренним системам. In addition, fully loaded wing missiles can be provided in orbit around the Earth for attachment to an orbital aircraft after launch. One, two, three, or four such missiles can be attached to one orbital aircraft in outer space to ensure that a fully loaded orbital aircraft reaches speeds of about 12, 24 or 36 km / s to exit from a low orbit around the Earth. Thus, an orbital aircraft combined with various reusable winged missiles can provide cost-effective access to deep space. The time spent on most critical consumables on an orbital aircraft can be extended by using propellant from attached winged missiles or by using the increased payload of the orbital aircraft as a result of the removal of the main engines. Thus, much longer space flights or deep space flights can be performed. The auxiliary unit or wing missile may, in alternative embodiments, comprise a simple fuel tank of an external suspension without an engine for supplying fuel to a maneuvering system in orbital flight of an orbital vehicle or other internal systems.
Хотя в показанном воплощении блок первой ступени имеет шесть маршевых двигателей, имеющих подходящее ракетное топливо, такое как жидкие водород и кислород, могут использоваться любые альтернативные двигатели и топливо для сообщения требуемой тяги и может использоваться большее или меньшее количество двигателей. Вообще блок первой ступени может иметь от трех до десяти двигателей. Топливо для двигателей содержится в соответствующих баках внутри корпуса 8 блока 1. Таким образом, вместо маршевых двигателей может использоваться много небольших двигателей. Although in the embodiment shown, the first stage unit has six main engines having suitable propellant, such as liquid hydrogen and oxygen, any alternative engines and fuel can be used to communicate the required thrust, and more or fewer engines can be used. In general, a first stage unit may have from three to ten engines. The fuel for the engines is contained in the respective tanks inside the
Блок 1, который составляет основу модульной ракеты-носителя многоразового пользования, предпочтительно используется как в качестве аппарата, выводимого на орбиту одной ступенью, так и в качестве одноступенчатого ускорителя для выведения на орбиту вокруг Земли или близко к ней других полезных нагрузок. Альтернативно может быть сконструирован меньший основной блок, предназначенный только для достижения близкой к Земле орбиты и используемый с малыми ракетами-носителями, которые отделяются сразу же после старта. Два или более меньших основных блоков этого типа могут быть соединены вместе для вывода на орбиту полезных нагрузок.
Основой блок может использоваться отдельно или в комбинации с двумя или более дополнительными блоками первой ступени, с или без ракетных двигателей для обеспечения широкого диапазона грузоподъемностей. Он может использоваться в многоступенчатом режиме, объединившись в связку вокруг грузоносителя или пилотируемого космического корабля. Он может быть скомбинирован с устройствами для увеличения тяги или верхними ступенями или может использоваться в качестве орбитальной транспортной ракеты. Модифицированный орбитальный летательный аппарат для пилотируемых полетов выводит на орбиту меньший вес неполезной нагрузки, чем космический челнок и имеет более длинный грузовой контейнер. Орбитальный летательный аппарат имеет верхний люк в грузовом контейнере, который может открываться для обеспечения возможности проведения экспериментов в процессе полета по орбите и извлечения и размещения полезной нагрузки в грузовом контейнере, и может иметь дополнительный люк в задней секции грузового контейнера для обеспечения доступа без открывания верхнего люка контейнера. Грузовой контейнер мог бы вмещать полезную нагрузку на 4-9 м длиннее, чем нагрузка, вмещаемая космическим челноком. Корпус челнока мог бы быть полностью трубчатым для обеспечения повышенной прочности. Так как сухой вес орбитального летательного аппарата намного меньше и удлиненная задняя часть грузового контейнера создает аэродинамический профиль малого сопротивления, орбитальный летательный аппарат без полезной нагрузки мог бы быть довольно хорошим самолетом. На крыльях могли бы закрепляться отдельные ракетные двигатели, работающие на углеводородном или водородном топливе, хранимом в баках в грузовом отсеке для обеспечения работы орбитального летательного аппарата в качестве самолета. Это значительно упрощает передислокацию орбитальных летательных аппаратов с одного места пуска на другое. The base unit can be used alone or in combination with two or more additional units of the first stage, with or without rocket engines to provide a wide range of load capacities. It can be used in multi-stage mode, uniting in a bunch around the carrier or manned spacecraft. It can be combined with traction boosters or upper stages, or it can be used as an orbital transport rocket. The modified orbital aircraft for manned flights puts into orbit less weight of an unbearable load than a space shuttle and has a longer cargo container. The orbital aircraft has an upper hatch in the cargo container that can open to allow experiments during orbital flight and to extract and place payloads in the cargo container, and may have an additional hatch in the rear section of the cargo container to provide access without opening the upper hatch container. A cargo container could hold a
При необходимости могут прикрепляться вспомогательные блоки в виде крыльевых ракет для обеспечения дополнительной тяги для целей ускорения и маневрирования или орбитального летательного аппарата, или блока первой ступени, в то же время не занимая некоторого объема в грузовом контейнере. Они вносят меньше опасностей, чем если бы они располагались внутри орбитального летательного аппарата. Для обеспечения дополнительной тяги на старте могут использоваться твердотопливные ракетные ускорители. If necessary, auxiliary units in the form of winged missiles can be attached to provide additional traction for the purposes of acceleration and maneuvering of either an orbital aircraft or a first-stage unit, while at the same time not occupying a certain volume in the cargo container. They introduce fewer dangers than if they were located inside an orbital aircraft. Solid propellant rocket boosters can be used at launch to provide additional traction.
Все модульные блоки ракеты-носителя, описанные выше, за исключением орбитального летательного аппарата, сами по себе являются предпочтительно полностью или частично расходуемыми и, таким образом, имеющими сравнительно простую конструкцию. Блоки могут выбираться для конкретного полета и подходящим образом разъемно прикрепляться друг к другу с образованием желаемой компоновки, используя зоны крепления, обеспеченные для этой цели на различных блоках. Из-за гибкости этой ракеты-носителя требуется только ограниченное количество различных типов модульных блоков для обеспечения выполнения широкого диапазона различных возможных операций, включающих запуск полезных нагрузок от 20-30 до 100 т, непилотируемые и пилотируемые полеты, транспортировку в космическом пространстве с одного места на другое, полеты в глубокий космос, сооружение космических станций и многие другие потенциальные космические полеты. В предложенной ракете-носителе эффективно разрушена связь между проектами космических полетов и проектированием ракет. Другими словами ни полет, ни ряд планируемых полетов (т.е. модель полета) не должны определяться специфической ракетой-носителем с фиксированной грузоподъемностью. All the modular blocks of the launch vehicle described above, with the exception of the orbital aircraft, are themselves preferably completely or partially expendable and, thus, have a relatively simple design. Blocks can be selected for a specific flight and suitably detachably attached to each other to form the desired layout using the attachment zones provided for this purpose on different blocks. Due to the flexibility of this launch vehicle, only a limited number of different types of modular units are required to provide a wide range of various possible operations, including launching payloads from 20-30 to 100 tons, unmanned and manned flights, transportation in outer space from one place to another, deep space flights, the construction of space stations and many other potential space flights. In the proposed launch vehicle, the connection between space flight projects and rocket design is effectively destroyed. In other words, neither a flight nor a number of planned flights (i.e., a flight model) should be determined by a specific launch vehicle with a fixed carrying capacity.
Таким образом, вместо изменения конструкции космического корабля для выполнения задач каждого нового полета просто выбираются соответствующие модульные блоки из имеющегося набора и присоединяются друг к другу с образованием желаемой стартовой компоновки. Благодаря этому значительно сокращаются затраты на космические полеты. Каждый блок модульной системы может иметь различное применение. Например, блок первой ступени может использоваться в качестве аппарата, выводимого на орбиту одной ступенью, или в качестве части многоступенчатой системы выведения летательных аппаратов на орбиту с произвольно большими полезными нагрузками. Вспомогательные силовые блоки, например, могут использоваться в качестве ускорителей в процессе запуска, транспортировки в космосе или маневрировании летательных аппаратов или двигателей внешней подвески на орбитальных летательных аппаратах. Так как орбитальные летательные аппараты намного проще и менее дорогостоящие, чем существующие орбитальные летательные аппараты, возможно увеличение их количества. Их работа может поддерживаться меньшим количеством блоков первой ступени, которые могут возвращаться на Землю после каждого запуска для подготовки к запуску другого орбитального летательного аппарата или других видов полезной нагрузки. Thus, instead of changing the design of the spacecraft to perform the tasks of each new flight, the corresponding modular blocks are simply selected from the existing set and connected to each other with the formation of the desired launch arrangement. Thanks to this, the cost of space flights is significantly reduced. Each unit of a modular system may have a different application. For example, a first-stage unit can be used as an apparatus put into orbit by one stage, or as part of a multi-stage system for launching aircraft into orbit with arbitrarily large payloads. Auxiliary power units, for example, can be used as accelerators in the process of launching, transporting in space, or maneuvering aircraft or external suspension engines on orbital aircraft. Since orbital aircraft are much simpler and less expensive than existing orbital aircraft, an increase in their number is possible. Their work can be supported by fewer first-stage blocks that can return to Earth after each launch to prepare for the launch of another orbital aircraft or other types of payload.
Ракета-носитель может компоноваться в виде аппарата, выводимого на орбиту первой ступенью, двухступенчатой ракеты-носителя (блок первой ступени в комбинации с вспомогательными блоками или твердотопливными ракетными ускорителями), трехступенчатой ракеты-носителя (блок первой ступени в комбинации с вспомогательным блоком и твердотопливным ракетным ускорителем) и т.д. Затраты на выведение на орбиту с помощью предложенной ракеты-носителя снижаются из-за ее модульной конструкции. Для различных видов полетов не должны использоваться летательные аппараты, имеющие различные конструктивные особенности. Вместо этого выбираются основные модули из имеющегося набора для решения широкого диапазона задач космических полетов. The launch vehicle can be arranged in the form of an apparatus put into orbit by the first stage, a two-stage launch vehicle (a first stage unit in combination with auxiliary units or solid rocket boosters), a three-stage launch vehicle (a first stage unit in combination with an auxiliary unit and solid fuel rocket accelerator), etc. The cost of launching into orbit using the proposed launch vehicle is reduced due to its modular design. For different types of flights, aircraft with various design features should not be used. Instead, the main modules are selected from the available set to solve a wide range of space flight problems.
Claims (11)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/349,840 US5217187A (en) | 1983-11-07 | 1989-05-09 | Multi-use launch system |
US349840 | 1989-05-09 | ||
PCT/US1990/002517 WO1990013482A1 (en) | 1989-05-09 | 1990-05-07 | Multi-use launch system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2035358C1 true RU2035358C1 (en) | 1995-05-20 |
Family
ID=26781424
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU914894678A RU2035358C1 (en) | 1989-05-09 | 1991-01-08 | Recoverable launch vehicle and multiple configurration transportatioon system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2035358C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485025C1 (en) * | 2012-03-26 | 2013-06-20 | Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Two-stage ballistic space shuttle launch system |
RU2521936C2 (en) * | 2012-10-03 | 2014-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Aircraft airframe |
RU176695U1 (en) * | 2017-09-28 | 2018-01-25 | Ревик Артурович Степанян | Two-stage rocket |
-
1991
- 1991-01-08 RU SU914894678A patent/RU2035358C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Патент США N 3702688, кл. B 64G 1/14, 1972. * |
2. Патент США N 3295790, кл. B 64G 1/40, 1967. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2485025C1 (en) * | 2012-03-26 | 2013-06-20 | Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" | Two-stage ballistic space shuttle launch system |
RU2521936C2 (en) * | 2012-10-03 | 2014-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Aircraft airframe |
RU176695U1 (en) * | 2017-09-28 | 2018-01-25 | Ревик Артурович Степанян | Two-stage rocket |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5217187A (en) | Multi-use launch system | |
US4796839A (en) | Space launch vehicle | |
US4834324A (en) | Multiconfiguration reusable space transportation system | |
US6158693A (en) | Recoverable booster stage and recovery method | |
US5564648A (en) | High altitude launch platform payload launching apparatus and method | |
US6666409B2 (en) | Crewed on-orbit, returnable, and reusable space vehicle | |
US6789767B2 (en) | Active satellite dispenser for reusable launch vehicle | |
US4884770A (en) | Earth-to-orbit vehicle providing a reusable orbital stage | |
US5143327A (en) | Integrated launch and emergency vehicle system | |
US4471926A (en) | Transfer vehicle for use in conjunction with a reusable space shuttle | |
US6530543B2 (en) | Hypersonic and orbital vehicles system | |
US8534598B2 (en) | Direct flight far space shuttle | |
US6360994B2 (en) | Configurable space launch system | |
US20030029969A1 (en) | System and method for orbiting spacecraft servicing | |
JPH0655597B2 (en) | Transport aircraft | |
US6827313B1 (en) | Multi-crew modules for space flight | |
Sarigul-Klijn et al. | A study of air launch methods for RLVs | |
US3262654A (en) | Space rendezvous apparatus and method | |
US6257527B1 (en) | Hypersonic and orbital vehicles system | |
RU2120398C1 (en) | Multi-stage transport system at horizontal start for space flight and method of launching it | |
US6932302B2 (en) | Reusable launch system | |
RU2730700C1 (en) | Device for delivery of tourists from near-moon orbit to surface of moon and subsequent return to ground | |
RU2035358C1 (en) | Recoverable launch vehicle and multiple configurration transportatioon system | |
RU2736657C1 (en) | Reusable space transportation system for mass delivery from near-earth orbit to circumlunar orbit of tourists or payloads and subsequent return to earth | |
RU2120397C1 (en) | Method of transportation of payload by means of non-expendable aero-space system |