RU2831436C1 - Single-stage, annular, reusable lv for launching payload into space - Google Patents
Single-stage, annular, reusable lv for launching payload into space Download PDFInfo
- Publication number
- RU2831436C1 RU2831436C1 RU2023133705A RU2023133705A RU2831436C1 RU 2831436 C1 RU2831436 C1 RU 2831436C1 RU 2023133705 A RU2023133705 A RU 2023133705A RU 2023133705 A RU2023133705 A RU 2023133705A RU 2831436 C1 RU2831436 C1 RU 2831436C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- annular
- launch vehicle
- launch
- habitable
- reusable
- Prior art date
Links
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 13
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 3
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N carbonyl sulfide Chemical compound O=C=S JJWKPURADFRFRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 1
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 1
- 241001544487 Macromiidae Species 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000001373 unmixed reforming Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к аэрокосмическим средствам и способам полета с использованием прямоточной эжекторной тяги этих средств.The invention relates to aerospace vehicles and flight methods using direct-flow ejector thrust of these vehicles.
Аналогом к предлагаемому техническому решению может быть предложен патент РФ RU 218184 C «Прямоточный эжекторный ракетоноситель» автора Земляков Н.В. Аналог относится к области тактических реактивных боеприпасов. Прямоточный эжекторный ракетоноситель содержит центральную ракету со средствами управления, вокруг которой в хвостовой части на пилонах размещена трубчатая камера дожигания. По внутреннему периметру камеры, с образованием трубчатой полости, размещены периферийные ракеты, на головные части которых установлен полый кольцевой конус, соединенный по одному диаметру наружного и внутреннего колец. Внутреннее кольцо соединено верхними пилонами с центральной ракетой, хвостовая часть которой размещена в установочном гнезде, соединенном с нижними пилонами. Внутреннее кольцо выполнено в виде последовательно и плавно соединенных между собой конфузора, узкой горловины и конического диффузора. При равенстве диаметров корпусов ракет число периферийных ракет составляет от 7 до 25, а отношение диаметра прямоточного канала к диаметру центральной ракеты - от 1,2 до 6,4. Изобретение позволяет снизить аэродинамическое сопротивление ракетоносителя при сверхзвуковых скоростях полета и повысить его скорость. Изобретение - аналог так же, как и предложенное техническое решение, для ускорения кольцевой сборки тактических ракет использует эжекцию, возникающую в кольцевой сборке. В предложенном аналоге, по патенту РФ RU 218185 C, возможности эжекции и ее свойств для вывода на орбиту полезной нагрузки не применены и в полной мере не раскрыты.An analogue of the proposed technical solution may be the patent of the Russian Federation RU 218184 C "Straight-through ejector rocket launcher" by the author N.V. Zemlyakov. The analogue pertains to the field of tactical jet munitions. The straight-through ejector rocket launcher contains a central rocket with control means, around which a tubular afterburning chamber is placed on pylons in the tail section. Peripheral rockets are placed along the inner perimeter of the chamber, forming a tubular cavity, on the heads of which a hollow annular cone is installed, connected by one diameter of the outer and inner rings. The inner ring is connected by the upper pylons to the central rocket, the tail section of which is placed in the mounting socket connected to the lower pylons. The inner ring is made in the form of a confuser, a narrow neck and a conical diffuser, successively and smoothly connected to each other. With equal diameters of the missile bodies, the number of peripheral missiles is from 7 to 25, and the ratio of the diameter of the straight-through channel to the diameter of the central missile is from 1.2 to 6.4. The invention allows to reduce the aerodynamic drag of the launch vehicle at supersonic flight speeds and to increase its speed. The invention - an analogue, as well as the proposed technical solution, uses ejection occurring in the ring assembly to accelerate the ring assembly of tactical missiles. In the proposed analogue, according to the Russian Federation patent RU 218185 C, the possibilities of ejection and its properties for launching a payload into orbit are not used and are not fully disclosed.
Аналогом к предлагаемому техническому решению может быть предложен патент РФ RU 02053168 C «Ракетный блок многоразового использования» автора Мишин В.П. Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к ракетным блокам многоразового использования, в частности к блокам первых ступеней многоразовых транспортных космических систем "земля - орбита", и может быть использовано практически для ракет-носителей любого класса, но особенно эффективно применение данного изобретения для многоразовых ракет-носителей реализующих программы выведения больших грузопотоков "земля - орбита". Технической задачей изобретения является создание многоразового ракетного блока, способного возвращаться на значительные расстояния к месту старта и осуществлять вертикальную посадку на площадку малых размеров. Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить устойчивый и управляемый полет ракетного блока на сверхзвуковых и дозвуковых режимах полета, осуществить возвращение в район стартовой позиции и совершить посадку с малой горизонтальной и вертикальной скоростью на площадку ограниченных размеров. Ракетный блок многоразового использования содержит корпус с топливными баками, ракетную двигательную установку, аэродинамические поверхности, турбореактивные двигатели (ТРД), посадочное устройство. На блоке выполнена комбинированная компоновка ТРД путем их размещения в носовой части блока (маршевые) и в районе центра масс (посадочные) со смещением в сторону кормовой части относительно центра масс. ТРД снабжены устройствами управления положением вектора тяги в пространстве. Оси маршевых ТРД установлены в направлении продольной оси блока, оси посадочных ТРД установлены в направлении, близком к поперечной оси блока. Аэродинамические поверхности выполнены в виде монопланных консолей, расположенных в районе центра масс и стабилизаторов в кормовой части. Стабилизаторы выполнены в виде складывающихся решетчатых панелей, снабженных устройствами поворота. Каждая из панелей стабилизаторов выполнена таким образом, что в сложенном положении она повторяет форму поверхности кормовой части блока. Посадочное устройство выполнено в виде одностоечной убирающейся лыжи с амортизатором в кормовой части блока. На монопланных консолях симметрично относительно продольной оси блока установлены две убирающиеся стояночные опоры, а в носовой части блока установлена убирающаяся опорная поворотных сопел. Контактирующая поверхность лыжи имеет фрикционное покрытие и стойка с амортизатором. Посадочные ТРД расположены внутри монопланных консолей. Аналог предполагает кратковременное пребывание в космосе, не располагает устройством, создающим внутри обитаемого отсека искусственной гравитации, и не обладает приемлемым внутренним объемом для длительного пребывания экипажа в количестве более 10 космонавтов.An analogue of the proposed technical solution may be the patent of the Russian Federation RU 02053168 C "Reusable Rocket Block" by V.P. Mishin. The invention relates to the field of rocket technology, namely to reusable rocket blocks, in particular to blocks of the first stages of reusable "earth-orbit" space transport systems, and can be used for launch vehicles of almost any class, but the use of this invention is especially effective for reusable launch vehicles implementing programs for the injection of large "earth-orbit" cargo flows. The technical task of the invention is to create a reusable rocket block capable of returning significant distances to the launch site and performing a vertical landing on a small-sized site. The proposed technical solution allows for a stable and controlled flight of the rocket block in supersonic and subsonic flight modes, returning to the launch site area and landing at a low horizontal and vertical speed on a site of limited size. The reusable rocket unit comprises a body with fuel tanks, a rocket propulsion system, aerodynamic surfaces, turbojet engines (TRE), and a landing device. The unit has a combined arrangement of TREs by placing them in the nose section of the unit (cruisers) and in the area of the center of mass (landing) with an offset towards the stern section relative to the center of mass. The TREs are equipped with devices for controlling the position of the thrust vector in space. The axes of the cruising TREs are installed in the direction of the longitudinal axis of the unit, the axes of the landing TREs are installed in the direction close to the transverse axis of the unit. The aerodynamic surfaces are designed as monoplane consoles located in the area of the center of mass and stabilizers in the stern section. The stabilizers are designed as folding lattice panels equipped with turning devices. Each of the stabilizer panels is designed in such a way that in the folded position it follows the shape of the surface of the stern section of the unit. The landing device is made in the form of a single-strut retractable ski with a shock absorber in the aft part of the block. Two retractable parking supports are installed on the monoplane consoles symmetrically relative to the longitudinal axis of the block, and a retractable support for the rotary nozzles is installed in the nose part of the block. The contact surface of the ski has a friction coating and a strut with a shock absorber. The landing turbojet engines are located inside the monoplane consoles. The analogue assumes a short-term stay in space, does not have a device that creates artificial gravity inside the habitable compartment, and does not have an acceptable internal volume for a long-term stay of a crew of more than 10 cosmonauts.
Прототипом к предлагаемому техническому решению предлагаемого изобретения: «Кольцевая, многоразовая РН для вывода в космос полезной нагрузки» (КМРН) является «Способ запуска на орбиту полезной нагрузки и многоразовая эжекторная ступень ракеты-носителя для его осуществления» (ЭСРН) по патенту РФ №2734965. Прототип по отношению к предлагаемому технического решению является основным изобретением, в составе всех его признаков и содержит: кольцевые посадочные опоры разгонных ступеней РН и установленные под головными обтекателями этих ступеней маневровые ракетные двигатели (РД), а также решетчатые рули на ступенях РД, при этом кольцевая рама выполнена из вертикальных стержней, количество которых равно количеству разгонных ступеней РН, с изогнутой наружной частью и колец жесткости, причем изогнутые части стержней заведены внутрь головных обтекателей в качестве их несущего каркаса, а обтекатели имеют скосы в направлении к центральной оси ЭС РН, при этом сопла маршевых РД направлены под малым углом в сторону от вертикальной оси ЭСРН, кольцевые посадочные опоры выполнены в виде вертикально расположенных колец из огнестойкого металла, покрытого огнезащитным керамическим покрытием, с диаметром, большим диаметра ступеней РН, и с опорной кромкой по нижнему срезу из разведенных в стороны волнообразных зубьев, причем в боковых стенках кольцевых опор выполнены вертикальные вырезы, а опоры крепятся к тарельчатым подпятникам при помощи стержней из огнестойкого металла, а также между тарельчатыми подпятниками и днищем разгонной ступени РН установлены с поджатием контейнеры с огнестойким энергопоглощающим материалом, дающие возможность вертикального перемещения подпятников относительно днища ступени, при этом к верхнему кольцу жесткости кольцевой рамы с равным шагом крепят отстреливаемые узлы сочленения ЭС с верхней ступенью РН, а к нижнему кольцу жесткости, как продолжения вертикальных стержней крепят стержни стартовых опор, имеющих горизонтальные поверхности контакта со стартовым столом.The prototype for the proposed technical solution of the proposed invention: “Annular, reusable launch vehicle for launching a payload into space” (ARLV) is the “Method for launching a payload into orbit and a reusable ejector stage of a launch vehicle for its implementation” (ESRV) according to Russian patent No. 2734965. The prototype in relation to the proposed technical solution is the main invention, in the composition of all its features and contains: annular landing supports of the booster stages of the launch vehicle and maneuvering rocket engines (RM) installed under the head fairings of these stages, as well as lattice rudders on the RM stages, wherein the annular frame is made of vertical rods, the number of which is equal to the number of booster stages of the launch vehicle, with a curved outer part and stiffening rings, wherein the curved parts of the rods are inserted inside the head fairings as their supporting frame, and the fairings have bevels in the direction of the central axis of the launch vehicle ES, wherein the nozzles of the cruise RMs are directed at a small angle away from the vertical axis of the ESRN, the annular landing supports are made in the form of vertically located rings of fire-resistant metal, covered with a fire-protective ceramic coating, with a diameter greater than the diameter of the launch vehicle stages, and with a support edge along the lower cut of spread apart wavy teeth, with vertical cutouts made in the side walls of the annular supports, and the supports are attached to the disc-shaped thrust bearings using rods made of fire-resistant metal, and containers with fire-resistant energy-absorbing material are installed with compression between the disc-shaped thrust bearings and the bottom of the booster stage of the launch vehicle, which make it possible to vertically move the thrust bearings relative to the bottom of the stage, while the ejectable joint assemblies of the ES with the upper stage of the launch vehicle are attached to the upper stiffening ring of the annular frame with an equal pitch, and the rods of the launch supports, which have horizontal contact surfaces with the launch pad, are attached to the lower stiffening ring as continuations of the vertical rods.
Прототип не предусматривает вывод на орбиту полезной нагрузки при помощи кольцевой ракетной ступени или одной РН. В нем Не предусмотрена активация вертикального воздушного потока, сквозь канал, образованный кольцевой сборкой УРМ по типу «Ангара». Как-то реализовано в техническом решении предлагаемого изобретения при помощи парашютируемого, не менее чем через 15-25 сек сразу после отработки топлива, отдельного пускового блока ТРД. Не предусмотрен кольцевой шлюз для перемещения космонавтов и грузов по обитаемым отсекам, так и сами обитаемые отсеки, которые в прототипе выводились в космос при помощи второй ступени. В прототипе не предусмотрен аварийная отстыковка и приземление каждого из обитаемых отсеков, а также отстыковка от рамы с кольцами жесткости, части симметрично расположенных блоков УРМ по типу «Ангара», после отработки в них топлива. В прототипе не нашла применения керамическая огнезащита, потому что в его техническом решении не предусматривался вывод в космос и вход в плотные слои атмосферы с первой космической скоростью, всей кольцевой сборки ЭСРН (эжекторная, ступень РН) с целью мягкой посадки, в том числе и на неприготовленную площадку, что в прототипе предусмотрено. Прототип не предусматривает создания приемлемой искусственной гравитации, после вывода на орбиту кольцевой сборки многоразовой РН. Вторая ступень прототипа расположена выше ЭСРН, в створе затягиваемого воздуха внутрь кольцевой сборки РД и создает дополнительное аэродинамическое сопротивление, которое не позволяет полностью реализовать возможности эжекции кольцевой сборки разгонных блоков РН, с целью вывода на орбиту полезной нагрузки.The prototype does not provide for the launch of a payload into orbit using an annular rocket stage or a single LV. It does not provide for the activation of a vertical air flow through a channel formed by the annular assembly of the URM of the Angara type. Somehow it is implemented in the technical solution of the proposed invention using a parachuted, no less than 15-25 seconds immediately after the fuel has been exhausted, separate launch block of the turbojet engine. There is no annular airlock for moving astronauts and cargo through the habitable compartments, nor are the habitable compartments themselves, which in the prototype were launched into space using the second stage. The prototype does not provide for emergency undocking and landing of each of the habitable compartments, as well as undocking from the frame with stiffening rings, part of the symmetrically located blocks of the URM of the Angara type, after the fuel has been exhausted in them. The prototype did not use ceramic fire protection, because its technical solution did not provide for the launch into space and entry into the dense layers of the atmosphere at the first cosmic velocity of the entire ESRN (ejector stage of the launch vehicle) ring assembly for the purpose of soft landing, including on an unprepared site, which is provided for in the prototype. The prototype does not provide for the creation of acceptable artificial gravity after the launch of the reusable launch vehicle ring assembly into orbit. The second stage of the prototype is located above the ESRN, in the line of air drawn into the rocket engine ring assembly and creates additional aerodynamic resistance, which does not allow the full implementation of the capabilities of the ejection of the launch vehicle booster ring assembly for the purpose of launching the payload into orbit.
Техническим результатом предлагаемого изобретения, «Кольцевая, многоразовая РН для вывода в космос полезной нагрузки» (КМРН) является возможность при помощи одной кольцевой компоновки вывести на орбиту кольцевую обитаемую космическую станцию, обитаемые модули которой, для перемещения грузов и космонавтов соединены обитаемым кольцевым шлюзом, а также при помощи маневровых двигателей создать внутри космической станции приемлемую искусственную гравитацию.The technical result of the proposed invention, "Annular, reusable launch vehicle for launching payloads into space" (ARLV), is the ability to launch an annular habitable space station into orbit using a single annular arrangement, the habitable modules of which are connected by an inhabited annular gateway for the movement of cargo and astronauts, and also to create acceptable artificial gravity inside the space station using maneuvering engines.
Технический результат достигается применением пускового блока ТРД, который при помощи силового рамного узла и пилонов с пиропатронами соединен с нижним поясом жесткости и рамой КМРН по основному изобретению и оборудован парашютной системой, срабатываемой на 15-25 сек полета РН, а также возможностью, части симметрично расположенных УМР, по типу «Ангара», при помощи пиропатронов отстыковаться от кольцевой рамной сборки на высоте 80-120 км, после окончания в них топлива, при этом все основные детали, элементы и узлы не теплонапряженных конструкций, в отличии от основного изобретения, выполняются из углепластика, а теплонапряженные покрыты керамической теплозащитой плиткой.The technical result is achieved by using a turbojet engine launch unit, which is connected to the lower rigidity belt and the KMRN frame according to the main invention using a power frame unit and pylons with pyropatrons and is equipped with a parachute system triggered at 15-25 seconds of the RN flight, as well as the ability of a part of the symmetrically located UMRs, like the "Angara", to undock from the ring frame assembly at an altitude of 80-120 km using pyropatrons, after the fuel in them runs out, while all the main parts, elements and units of non-heat-stressed structures, unlike the main invention, are made of carbon fiber, and heat-stressed ones are covered with ceramic heat-protective tiles.
На Фиг. 1 показана «Кольцевая, многоразовая РН для вывода в космос полезной нагрузки» с пусковой сборкой ТРД, показанной на Фиг. 1 штрих пунктирными линиями. На Фиг. 2, то же вид сверху на пусковой блок ТРД и ее соединительные связи с основной рамой КМРН. На Фиг. 3 показаны узлы и детали обитаемого модуля. На Фиг. 4 показано выведение КМРН на суборбитальную траекторию.Fig. 1 shows the "Ring-shaped, reusable launch vehicle for launching a payload into space" with the turbojet engine launch assembly shown in Fig. 1 in dashed-dotted lines. Fig. 2 shows the same top view of the turbojet engine launch unit and its connecting links with the main frame of the KMRN. Fig. 3 shows the units and parts of the habitable module. Fig. 4 shows the KMRN launch into a suborbital trajectory.
«Кольцевая, многоразовая РН для вывода в космос полезной нагрузки» п. 26 (Фиг. 1), в нижней центральной части содержит силовой рамный узел 1 к которому жестко закреплен пусковой блок ТРД, поз.2 Фиг. 1,2, по вертикальной оси которого, в верхней части при помощи жестких связей 3, крепится бак с топливом 4, в верхней части которого размещен покрытый огнезащитой герметичный отсек с парашютом приземления 5, пускового блока ТРД 2. Силовой рамный узел 1, с пусковым блоком ТРД 2, не менее чем в четырех точках соединен с внутренней частью нижнего кольца жесткости 6 и вертикальных стержней 7, при помощи соединительных пилонов 8, разрушаемых пиропатронами 9. Объем бака с топливом 4, рассчитан на работу всех ТРД силового рамного узла 1, в форсированном режиме не менее чем 15-25 сек., а высвобождение парашюта из верхнего герметичного отсека 5, общего бака с топливом 4, покрытого огнезащитой, происходит не менее чем через 5 сек после отстрела силового рамного узла 1, пусковой сборки ТРД 2, от вертикальных стержней рамы 7. Разрушение соединительных пилонов 8, от воздействия пиропатронов 9 и отстрел силового рамного узла 1, с пусковым блоком ТРД 2, от вертикальных стержней рамы КМРН 7, происходит вертикально вниз, после отсечки подачи топлива во все ТРД, силового рамного узла 1, на минимальном запасе топлива в баке. Внутри серединного кольца жесткости 10, по окружности и центру масс блоков УРМ (универсальные ракетные модули по типу ангара «Ангара» 11, с остатками топлива для приземления, размещены маневровые ракетные двигатели с управляемым вектором малой тяги 12. В каждой из головных частей блоков, аналогичных УРМ «Ангара» 11, оборудованы обитаемые модули 13, соединенные переходными герметичными тамбурами 14, с герметичным кольцевым шлюзом 15, для перемещения космонавтов и грузов между обитаемыми модулями 13. Герметичный кольцевой шлюз 15, размещен во внутреннем пространстве, верхнего кольца жесткости 16. Блоки УРМ по типу Ангара 11, навешенные на вертикальные стержни рамы 7, и сами стержни рамы 7, выполнены из углепластика, по типу «черное крыло», в связи с чем масса блоков УРМ 11 облегчается, а количество топлива в них увеличивается. В том числе, основная часть не теплонагруженных элементов и узлов, размещенных внутри КМРН, поз.26 Фиг. 1, выполнена из высокопрочного углепластика. Теплонагруженные элементы: головные части блоков по типу «Ангара» 11, лобовые поверхности: верхнего 16, среднего 10 и нижнего 6, колец жесткости покрыты керамической огнезащитной плиткой 17. Пиропатроны 18, установлены между жилым отсеком 13 и изогнутой частью 27, вертикальных стержней рамы 7 и предназначены для аварийной отстыковки, при необходимости, каждого жилого модуля 13 от КМРН. Фиг. З Решетчатые рули, с механизмами привода 20, размещены над верхней оконечности блока УРМ 11. Аварийный парашют приземления 21 обитаемых модулей 13 и ПРД мягкой посадки 22, установлены в каждом обитаемом модуле 13. Для перемещения космонавтов и грузов внутри кольцевого шлюза 15, смонтирован кольцевой, тросовой транспортер 23. В каждом обитаемом отсеке 13, установлены цифровые экраны-иллюминаторов 24, с онлайн изображением не вращающейся видов Земли и звезд Вселенной из жилых модулей 13 КМРН. Нижние и верхние пиропатроны 25, установлены в месте соединения блока УРМ 11, с нижним кольцом 6 и верхним кольцом 16, жесткости и вертикальными стержнями рамы 7, и предназначены для отстыковки, при необходимости и после отработки топлива, каждого блока УРМ по типу «Ангара» 11. (Фиг. 3) Приводнение отработанных блоков УРМ 11 по типу Ангара, для сохранения РД, Фиг. 4, происходит головными частями вперед, ориентацию при этом обеспечивают посадочные кольцевые опоры (поз.12 фиг.1 осн. из.), обеспечивая сохранность пусковых блоков ТРД 2 Фиг. 1 Известные узлы крепления 28, с блоками УРМ 11 по типу «Ангара», к стержням вертикальной рамы 7, установлены в зоне верхнего 16 и нижнего 6, колец жесткости. Стыковочный узел 29, со шлюзовой камерой 30 и люком входа в обитаемый модуль 31, расположен с тыльной части обитаемого модуля 13. Система автоматического управления искусственной гравитацией смонтирована в командном обитаемом модуле 13 и задает необходимое вращение КМРН и ориентацию ее оси, путем подачи команд маневровым РД малой тяги, которые отрабатывают нештатные гравитационные отклонения, влияющие на работоспособность и жизнедеятельность экипажа. Общая сборка «Кольцевая, многоразовой РН» показана на Фиг. 1, поз.26.“Annular, reusable launch vehicle for launching a payload into space” item 26 (Fig. 1), in the lower central part contains a power frame unit 1 to which the turbojet engine launch unit is rigidly attached,
Запуск, полет, выход на орбиту, полет на орбите, сход с орбиты и мягкая посадка «Кольцевой, многоразовой РН для вывода на орбиту полезной нагрузки» (КМРН) происходит следующим образом.The launch, flight, entry into orbit, flight in orbit, deorbiting and soft landing of the “Ring-shaped, reusable launch vehicle for launching payloads into orbit” (RHPR) occurs as follows.
В подготовленной к старту КМРН запускают двигатели пускового блока ТРД 2, прогревают и выводят на форсаж. Одновременная работа всех двигателей пускового блока ТРД 2, вызывает в вертикальном канале между блоками УРМ 11 подвижку и захват воздушной массы, ее прокачку с верхней полусферы над кольцевой сборкой РН вниз, в канал для отвода газов от работы пускового блока ТРД. После выхода на устойчивую работу пускового блока ТРД в форсажном режиме и снижения общего веса РН, на величину тягового усилия пусковой сборки ТРД 2, запускают все РД КМРН и выводят их на максимальное тяговое усилие. При этом происходит подхват воздуха РД кольцевой сборки КМРН, предварительно разогнанного до сверхзвуковых скоростей пусковой сборкой ТРД поз.2, Фиг. 1. Над местом старта кольцевой КМРН, п. 26 Фиг. 1, образуется и беспрерывно поддерживается локальная область сверхзвукового потока воздуха пониженного давления. Атмосферный воздух попадает в вертикальный кольцевой канал между блоками УРМ 11 и на первых секундах старта и подъема КМРН, попадает в защемление ракетных струй, от работы расположенных по кольцу РД КМРН и в них, дополнительно разгоняется воздействием трения о ракетные струи и расширяется от их высокой температуры. Под действием, возникающей перед лобовой поверхностью совместно работающих ТРД и РД разряжения (имплозии), которая беспрерывно поддерживается РД и ТРД, под стартующей КМРН, активируется работа «открытого теплового ракетного двигателя (ОТРД)», основанного на перепаде давлений воздуха атмосферы над и под КМРН.In the KMRN prepared for launch, the engines of the
Открытый тепловой ракетный двигатель использует воздух, закачиваемый РД в защемление ракетных струй в качестве рабочего тела. При продолжающемся штатном ускорении КМРН, под воздействием ОТРД снижается расход топлива РД, при этом ЭКРН продолжает штатно набирать скорость и высоту. После набора высоты в (5-10) км и отработки топлива в двигателях пусковой сборки ТРД, поз.2 Фиг. 1,3, срабатывают пиропатроны 9, отстрела пускового блока ТРД 2, и места стыка пилонов 8 с вертикальными стержнями рамы КМРН 7 разрушаются. Пусковая сборка ТРД 2 приземляется на парашюте 5. Для вывода на орбиту массивных нагрузок, часть УРМ 11, размещенных на вертикальных стержнях рамы 7 симметрично, на старте, переводят в форсажный режим и после окончания в них топлива, по команде отстреливаются при помощи пиропатронов 25. Аэродинамическое совершенство кольцевой сборки УРМ по типу «Ангара», при наборе скорости на высотах от (0-100) км до первой космической сохраняется на уровне известных, последовательно расположенных ступеней РН и возможно превышает его. Причина очевидна и заключается в том, что во фронтальном объеме КМРН не образуется локального ядра уплотненного атмосферного воздуха. Ракетные двигатели КМРН, в ходе полета беспрерывно отбрасывают частицы воздуха из передней полусферы через цилиндрический канал, образованный вертикальными стержнями 7 и корпусами блоков по типу УРМ 11, в заднюю полусферу КМРН. Сопротивление атмосферы движению ракеты КМРН с Земли на орбиту минимально и критический разогрев лобовых поверхностей КМРН при полете на околоземную орбиту маловероятен. Если функцию движителя в водной и воздушной среде выполняют винты, насосы водометов, лопатки компрессоров ТРД, горение топлива в защемлении рабочих камер прямоточных реактивных двигателей то, в открытом тепловом ракетном двигателе (ОТРД), функцию рабочих камер выполняют сверхзвуковые высокотемпературные струи от работы РД, размещенных по окружности, с высокотемпературным нагревом и образованием защемления перегретого воздуха атмосферы, отбрасывания его назад с образованием дополнительной реактивной силы. В ходе ускорения в атмосфере Земли, КМРН беспрерывно образует, поддерживает и перемещает с ускорением в заднюю полусферу, ядро перегретого атмосферного воздуха, которое своим давлением воздействует, как на ракетные струи и через них на дно камер РД, так и на тыльные проекции КМРН.The open thermal rocket engine uses the air pumped by the RD into the jam of the rocket jets as a working fluid. With the continuing standard acceleration of the KMRN, under the influence of the OTRD, the fuel consumption of the RD decreases, while the EKRN continues to gain speed and altitude in a standard manner. After gaining an altitude of (5-10) km and working off the fuel in the engines of the launch assembly of the TRD, pos. 2 Fig. 1, 3, the
После выхода КМРН на орбиту, экипаж разгерметизирует переходные тамбуры 14 и совмещает объемы жилых отсеков 13, при помощи кольцевого шлюза 15. Включает маневровые двигатели малой тяги 12 и придает вертикальным стержням рамы 7 и через нее КМРН 26, вращение вокруг центральной оси, вызывая приемлемую искусственную гравитацию. Для компенсации физиологической реакции космонавтов на воздействие вращения КМРН вокруг своей оси, экипаж включает цифровые экраны 24, с не вращающимся видом Земли и звезд космоса на экраны иллюминаторов с телевизионных камер 32 размещенных снаружи и по центру иллюминатора. Каждый обитаемый модуль имеет свое функциональное назначение. Например, командный модуль, модуль столовая, медицинский модуль, модуль личной гигиены, модуль для отдыха и физических упражнений, модули для проведения экспериментов и иные модули для выполнения основной миссии кольцевой КМРН. Для ориентации оси вращения КМРН в космическом пространстве предусмотрена автоматическая система управления искусственной гравитаций 32. Основное назначение системы управления искусственной гравитации - это компенсация гравитационных нелинейных воздействий на экипаж КМРН. Система автоматически парирует отклонение оси вращения КМРН от штатного, работой маневровых РД с управляемым вектором тяги 12, установленных в срединном кольце жесткости 10. При возникновении аварийной ситуации в любом из обитаемых модулей 13, автоматика предупреждает экипаж, активирует систему расстыковки аварийного обитаемого модуля 13 и его отделение от КМРН с последующим входом в плотные слои атмосферы и мягким приземлением с применением парашютов 20 и ПРД 21. В КМРН предусмотрена пристыковка грузовых космических кораблей к стыковочному узлу 29 и через шлюзовую камеру 30 и люк входа в жилой отсек 31 возможна доставка грузов и замена экипажа. В случае штатной работы КМРН и выполнения миссии космического полета экипаж при помощи маневровых РД 12, разворачивает КМРН, выполняет торможение основными РД и направляет КМРН при помощи автоматики или самостоятельно к точке приземления. При этом, в случаях непредвиденных обстоятельств, КМРН может приземлиться на не подготовленную ровную поверхность, угол наклона площадки приземления при этом не должен превышать 10-15 градусов. Кольцевая сборка обитаемых модулей 13, блоки УРМ по типу «Ангара» 11, снимаются с вертикальных стержней кольцевой рамы 7, при помощи грузоподъемного механизма и вместе с порожней кольцевой рамой 7, вывозятся к месту заправки и очередного старта.After the KMRN enters orbit, the crew depressurizes the
Экономическая эффективность применения КМРН может составить сотни миллиардов рублей и позволит в кратчайшие сроки вернуть утерянные позиции Российской космонавтике на передовой, недосягаемый для конкурентов уровень.The economic efficiency of using the KMRN could amount to hundreds of billions of rubles and would allow the Russian cosmonautics to return to the forefront in the shortest possible time, a level unattainable for competitors.
ТЕРМИНЫTERMS
1. Силовой рамный узел.1. Power frame unit.
2. Пусковая блок ТРД.2. Launch block of the turbojet engine.
3. Жесткие связи с топливным баком.3. Rigid connections to the fuel tank.
4. Бак с топливом.4. Fuel tank.
5. Парашют приземления сборки ТРД, размещенный в отсеке головной части топливного бака. Фиг. 1.5. The landing parachute of the turbojet engine assembly, located in the compartment of the head part of the fuel tank. Fig. 1.
6. Нижнее кольцо жесткости рамы КМРН. Фиг. 1.6. Lower stiffening ring of the KMRN frame. Fig. 1.
7. Вертикальные стержни рамы КМРН. Фиг. 1.7. Vertical rods of the KMRN frame. Fig. 1.
8. Соединительные пилоны.8. Connecting pylons.
9. Пиропатроны отстрела пускового блока ТРД.9. Pyrocartridges for ejecting the TRD launcher block.
10. Серединное кольцо жесткости рамы КМРН. Фиг. 1.10. Middle stiffening ring of the KMRN frame. Fig. 1.
11. Блок УРМ по типу «Ангара». Фиг. 1.11. The URM block of the Angara type. Fig. 1.
12. Маневровые ракетные двигатели с управляемым вектором тяги. Фиг. 1.12. Maneuvering rocket engines with controlled thrust vector. Fig. 1.
13. Обитаемые модули.13. Habitable modules.
14. Герметичный переходный тамбур.14. Sealed transition vestibule.
15. Кольцевой шлюз. Фиг. 1.15. Ring lock. Fig. 1.
16. Верхнее кольцо жесткости. Фиг. 2.16. Upper stiffening ring. Fig. 2.
17 Керамическое огнезащитное покрытие из плитки. Фиг. 1.17 Ceramic fire-protective tile coating. Fig. 1.
18. Пиропатроны отстрела обитаемого отсека.18. Pyrocartridges for ejection of the habitable compartment.
19. Соединение обитаемого отсека с верхней частью УРМ. Фиг. 1.19. Connection of the habitable compartment with the upper part of the URM. Fig. 1.
20. Решетчатые рули системы приземления с приводами. Фиг. 1.20. Lattice rudders of the landing system with drives. Fig. 1.
21. Аварийные парашюты обитаемых модулей. Фиг. 1.21. Emergency parachutes of habitable modules. Fig. 1.
22. Блоки ПРД аварийного приземления обитаемых модулей. Фиг. 1.22. Blocks of emergency landing PRD of habitable modules. Fig. 1.
23. Тросовый транспортер, смонтированный в кольцевом шлюзе. Фиг. 1.23. Cable conveyor mounted in a ring lock. Fig. 1.
24. Цифровые экраны виртуальной реальности(иллюминаторы). Фиг. 1.24. Digital screens of virtual reality (portholes). Fig. 1.
25. Пиропатроны отстрела УРМ по типу «Ангара». Фиг. 1,3.25. Pyrocartridges for firing the URM of the Angara type. Fig. 1,3.
26. КМРН - кольцевая, многоразовая ракета носитель.Фиг.1,3.26. KMRN - annular, reusable launch vehicle. Fig. 1,3.
27. Изогнутые разъемные оконечности вертикальных стержней. Фиг. 3.27. Curved detachable ends of vertical rods. Fig. 3.
28. Узлы крепления УРМ «Ангара» к вертикальным стержням рамы. Фиг. 3.28. Angara URM attachment points to the vertical frame rods. Fig. 3.
29. Стыковочный узел. Фиг. 3.29. Docking unit. Fig. 3.
30. Переходная шлюзовая камера. Фиг. 3.30. Transitional airlock chamber. Fig. 3.
31. Люк входа в жилой отсек. Фиг. 3.31. Entrance hatch to the living compartment. Fig. 3.
32. Автоматическая система управления искусственной гравитацией. Фиг. 3.32. Automatic control system of artificial gravity. Fig. 3.
33. Телевизионные камеры виртуальных экранов-иллюминаторов.33. Television cameras of virtual screens-portholes.
Claims (7)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2831436C1 true RU2831436C1 (en) | 2024-12-06 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4703694A (en) * | 1984-10-15 | 1987-11-03 | Grumman Aerospace Corporation | Single stage autophage rocket |
RU2053168C1 (en) * | 1993-03-19 | 1996-01-27 | Мишин Василий Павлович | Recoverable rocket pod |
RU2196078C2 (en) * | 2000-09-15 | 2003-01-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" | Non-expendable single-stage launch vehicle |
RU2227841C1 (en) * | 2002-11-04 | 2004-04-27 | Орловский государственный технический университет | Method of intensification of reactive thrust of ramjet ejector missile-carrier |
RU2734965C1 (en) * | 2019-04-29 | 2020-10-26 | Николай Иванович Возисов | Method of launching payload into orbit and reusable cr ejector stage for its implementation |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4703694A (en) * | 1984-10-15 | 1987-11-03 | Grumman Aerospace Corporation | Single stage autophage rocket |
RU2053168C1 (en) * | 1993-03-19 | 1996-01-27 | Мишин Василий Павлович | Recoverable rocket pod |
RU2196078C2 (en) * | 2000-09-15 | 2003-01-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" | Non-expendable single-stage launch vehicle |
RU2227841C1 (en) * | 2002-11-04 | 2004-04-27 | Орловский государственный технический университет | Method of intensification of reactive thrust of ramjet ejector missile-carrier |
RU2734965C1 (en) * | 2019-04-29 | 2020-10-26 | Николай Иванович Возисов | Method of launching payload into orbit and reusable cr ejector stage for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2647220B2 (en) | Booster vehicles for orbital flight, superorbital flight and low-orbital flight, rocket-propelled, aerial deployed and boosted lift | |
US6193187B1 (en) | Payload carry and launch system | |
US5526999A (en) | Spacecraft with a crew escape system | |
US11649070B2 (en) | Earth to orbit transportation system | |
US5626310A (en) | Space launch vehicles configured as gliders and towed to launch altitude by conventional aircraft | |
US8528853B2 (en) | In-line staged horizontal takeoff and landing space plane | |
US6029928A (en) | Space launch vehicles configured as gliders and towed to launch altitude by conventional aircraft | |
EP0264030A2 (en) | Horizontal-takeoff transatmospheric launch system | |
US3929306A (en) | Space vehicle system | |
US20070012820A1 (en) | Reusable upper stage | |
US20050116110A1 (en) | System and method for launching a missile from a flying aircraft | |
US3576298A (en) | Aerospace vehicle | |
US6817580B2 (en) | System and method for return and landing of launch vehicle booster stage | |
US20240199237A1 (en) | Launch system and method | |
US6260802B1 (en) | Pneumatic airborne ejection system for aerospace vehicles | |
US10669047B2 (en) | System and method for hypersonic payload separation | |
RU2482030C2 (en) | Carrier rocket | |
RU2831436C1 (en) | Single-stage, annular, reusable lv for launching payload into space | |
EP0631931B1 (en) | Spacecraft with an escape system for the crew | |
US10815010B2 (en) | High altitude air launched rocket | |
Kelly et al. | Motivation for air-launch: Past, present, and future | |
RU2734965C1 (en) | Method of launching payload into orbit and reusable cr ejector stage for its implementation | |
WO2024009293A1 (en) | Aerospace system and method for delivering payload to orbit and to midair | |
RU2636447C2 (en) | Aircraft rocket launch site formed on basis of space-mission vehicle adapted from topol-m icbm and carrier aircraft il-76mf for insertion of small spacecrafts into final orbits by inserting smv from aircraft using combined transport-launching platform and lifting-stabilizing parachute |