CC BY
56
98 ПРИОРИТЕТНЫЕ НАУЧНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ: ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ
Список литературы:
1. Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы: [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/fsk_ ees_ru_1108/about/market.html (дата обращения: 22.11.2015).
2. Кейс «Синергия электричества» / ENES CASE CONTEST. - М., 2015.
3. Выбор тарифа на передачу (одноставочный или двухставочный), ООО «ЭНКОСТ» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://encosts.ru/polez-nie-statyi/vybor_tarifa_na_peredachu_odnostavochnyj_ili_dvuhstavochnyj (дата обращения: 22.11.2015).
4. Часы пиковой нагрузки, ОАО «АТС»: [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.atsenergo.ru/results/market/calcfacthour/ (дата обращения: 22.11.2015).
5. Ожегов А. Системы АСКУЭ: учеб. пособие. - Киров: ВятГУ 2006.
ПРОЕКТ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО СТАРТА КОСМИЧЕСКОЙ РАКЕТЫ
© Лещенко В.В.*
Федеральное государственное унитарное предприятие «Авиакомплект»,
г. Москва
Предложен воздушно-реактивный старт для запуска космических ракет из стратосферы, что позволяет достичь сочетания экономичности, надежности, безопасности и экологичности старта тяжелых космических ракет.
Ключевые слова воздушно-реактивный старт, воздушный старт, надежность, экономичность, экологичность, космическая ракета.
При исследовании различных видов стартов космических ракет в работе В.И. Куренкова «Оценка весовой эффективности ракет-носителей при стартах с дирижабля и самолётов» [1], с учетом результатов работ зарубежных ученых [2], была дана сравнительная характеристика воздушных и наземных стартов космических ракет. К тому же надо отметить, что к настоящему времени выпущено значительное количество литературы с описанием создания воздушных стартов космических ракет, проектов и патентов на изобретение на эту тему. Единственное, что до настоящего времени не было достаточно разработано и реализовано, это воздушный старт тяжелых космических ракет.
Первым был реализован проект воздушного старта космических ракет в системе «Пегас» (РН) / L-1011 (самолёт), разработанный и используемый в
* Начальник отдела департамента научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, кандидат философских наук.
Технические науки
99
Соединённых Штатах Америки, предназначенный для запуска с самолета малоразмерных ракет. Первый пуск новой малоразмерной ракеты-носителя «Пегас» (стартовая масса - 19 т.), состоялся в апреле 1990 года. Ракета, стартовав с борта стратегического бомбардировщика В-52, вывела на полярную орбиту военный спутник массой около 200 кг [3, с. 85]. Широкое использование такого воздушного старта сдерживает высокая стоимость пуска ракетоносителя (РН) «Пегас» - 12 млн. долл., недостаточные надежность и безопасность. Подобные системы в принципе небезопасны. Программа «Шаттл» это подтвердила. Максимальная масса выводимого с воздушного старта на орбиту полезного груза составляет 500 кг.
В Советском Союзе, а затем в России также разрабатывались и разрабатываются проекты воздушных стартов космических ракет, но пока ни один из них не был реализован.
На уровне патентования изобретений ведутся работы в различных авиационных и ракетно-космических компаниях, а также отдельными исследователями.
Приведу несколько примеров таких изобретений воздушных стартов тяжелых космических ракет.
Открытое акционерное общество «Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева» запатентовало «Авиационный ракетный комплекс» [5], который включает в себя: планер, самолет, приспособленный для буксировки планера с помощью троса-фала, ракету-носитель для выведения космического аппарата на орбиту Земли, ракету-носитель, содержащую головной обтекатель, под которым смонтирован космический аппарат, соединенный с корпусом ракеты-носителя, снабженную двигательной установкой наземную транспортно-разгонную платформу, предназначенную для погрузки на нее планера, а также обеспечения взлета самолета и планера, и системы, обеспечивающие их функционирование. Ракета-носитель размещена внутри фюзеляжа планера, имеющего нижнюю часть, отделяемую от его верхней части перед отделением от этой верхней части и пуском ракеты-носителя. Трос-фал сопряжен с корпусом головного обтекателя ракеты-носителя. Космический аппарат сопряжен с корпусом головного обтекателя ракеты-носителя с возможностями отделения троса-фала от планера, космического аппарата и корпуса головного обтекателя от корпуса ракеты-носителя для последующего втягивания их вовнутрь фюзеляжа самолета через задний грузовой люк самолета с помощью троса-фала и лебедки, сопряженной с тросом-фалом и установленной в фюзеляже самолета. Достоинством такого технического решения является сохранение космического аппарата в случае срыва запуска ракеты-носителя. Но недостатком является необходимость длительного времени для подготовки старта. Кроме того, все же ограничен вес космической ракеты, которая может быть запущена с его помощью. Такая система транспортирует космическую ракету с поверхно-
100 ПРИОРИТЕТНЫЕ НАУЧНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ: ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ
сти земли в горизонтальном положении, что ограничивает виды ракет и космических аппаратов, которые могут быть запущены с помощью такого авиационного ракетного комплекса.
Открытое акционерное общество «Таганрогский авиационный научнотехнический комплекс им. Г.М. Бериева» получило патент «Комплексная система для запуска тяжелых воздушно-космических самолетов многоразового использования на околоземную орбиту, супертяжелый реактивный самолет-амфибия для нее (варианты) и способ осуществления запуска» [6]. Комплексная система включает в себя: самолет подъема с отделяющимися разгонным блоком, находящимся на нем воздушно-космическим самолетом, инфраструктуру наземного базирования и обеспечения. В качестве самолета подъема использован супертяжелый реактивный самолет-амфибия бесконтактного взлета и посадки, двигатели которого работают на природном газе. Инфраструктура наземного обеспечения, содержит несколько прибрежных стояночных площадок с гидроспусками, размещенными в независимых по метеоусловиям автономных пунктах экваториального побережья океана вблизи пустынных районов суши. Тем самым обеспечивается снижение уровня загрязнения экологии местности при запуске супертяжелых элементов системы в космос. Недостатками такого изобретения являются необходимость длительного времени для подготовки старта, низкая надежность из-за сложности системы в целом и сложные требования к обеспечению места подготовки старта и пуска летательного аппарата.
Следует отметить, что также была запатентована «Система воздушного пуска космических ракет» [7], которая относится к стартовым сооружениям ракет-носителей космического назначения. Система содержит жесткую пространственную решетку, например, состоящую из нескольких секций, одновременно горизонтально смещаемых относительно вертикальной оси симметрии решетки. Примечательно, что система транспортирует космическую ракету с поверхности земли в вертикальном положении, что не ограничивает, как в предыдущем случае, виды запускаемых с нее ракет и космических аппаратов. На верхних узловых точках решетки смонтированы многолопастные вертолетные винты регулируемого шага с электромеханическим высоковольтным приводом. На общей с ними оси установлены немноголопастные винты с реактивным приводом, а по периметру решетки - воздушные винты с изменяемым направлением тяги, также снабженные электромеханическим приводом. С краю от оси симметрии решетки, в частности на отдельно летящей решетке с несущими винтами, закреплены высоковольтные провода токоподвода, а на противоположном краю смонтирована шумозащищенная кабина управления. К нижним узловым точкам решетки прикреплены стропы, нижние концы которых присоединены (с возможностью отделения) к приспособлению для удержания космической ракеты. Технический результат изобретения направлен на повышение надежности
Технические науки
101
пуска тяжелых и сверхтяжелых космических ракет с расчетной высоты их подъема в тропосфере. Однако недостатком такой системы является необходимость длительного времени для подготовки старта, её значительная сложность, что обуславливает существенное снижение её надёжности и экономичности в эксплуатации.
Предлагаемый в настоящей работе проект воздушно-реактивного старта космической ракеты относится к воздушным стартам для запуска тяжелых космических ракетоносителей и воздушно-космических самолетов.
На рисунках воздушно-реактивного старта космической ракеты представлены: рис. 1 - воздушно-реактивный старт с космической ракетой; рис. 2 - воздушно-реактивный старт с космической ракетой на наземной площадке вертикального взлета; рис. 3 - вид спереди в разрезе основания воздушно-реактивного старта; рис. 4 - вид сверху воздушно-реактивного старта; рис. 5 - воздушно'-реактивный старт с уходящей с него ракетой; рис. 6 -воздушно-реактивный старт, снижающийся для посадки после ухода с него ракеты.
Перечень элементов и их обозначений на рисунках включает:
1 - основания воздушно-реактивного старта; 2 - авиационные плоскости; 3 - воздушно-реактивные двигатели; 4 - шарнир опорной штанги; 5 -опорная штанга; 6 - космическая ракета; 7 - ферма опоры ракеты; 8 - бетонное основание наземной площадки; 9 - верхнее невращающееся кольцо; 10 - нижнее вращающееся кольцо; 11 - топливный компонент воздушнореактивного старта; 12 - магнитный подвес невращающегося кольца; 13 -магнитный подвес вращающегося кольца; 14 - рабочий зазор системы магнитного подвеса; 15 - ракетный двигатель.
Рис. 1. Воздушно-реактивный старт с космической ракетой
102 ПРИОРИТЕТНЫЕ НАУЧНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ: ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ
Рис. 2. Воздушно-реактивный старт с космической ракетой на наземной площадке вертикального взлета
Рис. 3. Вид спереди в разрезе основания воздушно-реактивного старта
Рис. 4. Вид сверху воздушно-реактивного старта
Технические науки
103
Рис. 5. Воздушно-реактивный старт с уходящей с него космической ракетой
Рис. 6. Воздушно-реактивный старт, снижающийся для посадки после ухода с него космической ракеты
Работа воздушно-реактивного старта космической ракеты описывается следующим образом. Воздушно-реактивный старт космической ракеты (см. рис. 1), состоящий из основания воздушно-реактивного старта 1, включающего в себя (см. рис. 3) нижнее вращающееся кольцо 10 с его магнитным подвесом 13 и верхнее вращающееся кольцо 9 с его магнитным подвесом 12, устанавливают на наземной площадке вертикального взлета (см. рис. 2), включающей в себя фермы опоры ракет 7 и бетонное основание наземной
104 ПРИОРИТЕТНЫЕ НАУЧНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ: ОТ ТЕОРИИ К ПРАКТИКЕ
площадки 8. Загружают в неё на опорные штанги 5 космическую ракету 6. Затем заправляют топливными компонентами космическую ракету 6 и емкости в авиационных плоскостях 2 её воздушно-реактивного старта. При готовности всех систем воздушно-реактивного старта и космической ракеты 6 дают команду на пуск воздушно-реактивного старта.
По этой команде включаются воздушно-реактивные двигатели 3, прикрепленные к концам авиационных плоскостей 2, другие концы которых прикреплены к нижнему вращающемуся кольцу 10 основания воздушнореактивного старта 1 (см. рис. 4). Создаваемая расположенными под углом к горизонтальной плоскости основания воздушно-реактивного старта 1 воздушно-реактивными двигателями 3 тяга приводит к вращению авиационных плоскостей 2, создающих подъемную силу в атмосфере, и созданию реактивной силы подъема воздушно-реактивного старта 1 вместе с космической ракетой 6.
Система магнитного подвеса, состоящая из магнитного подвеса невращающегося кольца 12 и магнитного подвеса вращающегося кольца 13 обеспечивает практически без трения движение нижнего вращающегося кольца 10.
При достижении воздушно-реактивного старта космической ракеты стратосферы Земли воздушно-реактивные двигатели 3, с управляемым вектором реактивной тяги, изменяют свой вектор тяги по направлению к поверхности планеты. Разрежённость атмосферы в стратосфере обеспечивает уже незначительную подъемную силу воздушно-реактивного старта 1. Космическая ракета 6 по инерции продолжает движение вверх (см. рис. 5), а воздушно-реактивный старт 1 отстает от нее под действием изменившейся реактивной тяги.
Через несколько секунд, на расстоянии, примерно, километра космической ракеты 6 от воздушно-реактивного старта 1, происходит включение реактивных двигателей космической ракеты 6, под действием которых она продолжает полет к орбите вокруг Земли. Воздушно'-реактивный старт 1 под действием воздушно-реактивных двигателей 3 совершает приземление на его опорные штанги 5 (см. рис. 6) с помощью его системы управления в режиме, например, регулирования авторотации.
При вертикальном взлете и достижения воздушно-реактивным стартом стратосферы Земли космическая ракета уже обладает вертикальной скоростью, которую удается достичь при вертикальном взлете. Она и будет начальной скоростью при пуске космической ракеты с воздушного старта.
Таким образом, возможно достижение цели - сочетания экономичности, надежности, безопасности и экологичности старта тяжелых ракет. Воздушно'-реактивный старт космической ракеты позволяет экономично и оперативно осуществлять запуск тяжелых космических ракет с космическими аппаратами наиболее широкого ассортимента.
Технические науки
105
Автор благодарит за научное обсуждение настоящей работы, информативные консультации и полезные рекомендации по существу предлагаемого технического решения Валерия Юрьевича Клюшникова, доктора технических наук, заместителя начальника Центра системного проектирования Федерального государственного унитарного предприятия «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения».
Список литературы:
1. Куренков В.И. Оценка весовой эффективности ракет-носителей при стартах с дирижабля и самолётов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. - 2009.- № 4 (20). - С. 65-71.
2. International reference guide to space launch systems / S.J. Isakowitz, J.P. Hopkins Jr., J.B. Hopkins; Corporate Sponsors Lockheed Martin Corporation The Boeing Company. Published and distributed by American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) 1801. - Third ed. - Alexander Bell Drive, Suite 500 Reston, Virginia 20191-4344.
3. Ивашкевич А.К. Ракеты-носители США // Земля и Вселенная. - 1993. -№ 3.
4. Ивашкевич А.К. Ракеты-носители США [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://epizodsspace. airbase.ru/bibl/ziv/1993/3/rn-usa.html (дата обращения: 06.01.2016).
5. Патент 2401779 Российской Федерации, B64G5/00, B64D3/00, B64G1/14, 04.05.2009 Авиационный ракетный комплекс.
6. Патент № 2397922 Российской Федерации, B64G1/14, B64C35/00, B64D5/00, 30.07.2008. Комплексная система для запуска тяжелых воздушнокосмических самолетов многоразового использования на околоземную орбиту, супертяжелый реактивный самолет-амфибия для нее (варианты) и способ осуществления запуска.
7. Патент № 2268209 Российской Федерации, B64G5/00, 16.04.2003 Система воздушного пуска космических ракет.
ВИРТУАЛЬНЫЕ 3D СРЕДЫ КАК СРЕДСТВО ВЕРИФИКАЦИИ И ТЕСТИРОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
© Меженин А.В.*
Университет ИТМО, г. Санкт-Петербург
Проводимые исследования направлены на разработку методов создания и использования виртуальных сред имитирующих реальные ус-
* Доцент кафедры Г рафических технологий, кандидат технических наук, доцент.
