Научная статья на тему 'Развитие концепции трансформирующейся космической транспортной системы двойного назначения'

Развитие концепции трансформирующейся космической транспортной системы двойного назначения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
215
64
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОСМИЧЕСКАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА / SPACE TRANSPORTATION SYSTEM / ОКОЛОЗЕМНАЯ ОРБИТА / NEAR-EARTH ORBIT / УДАРНО-ОБОРОНИТЕЛЬНАЯ ГРУППИРОВКА / ТРАНСФОРМАЦИЯ / TRANSFORMATION / ВОЗВРАЩЕНИЕ С ОРБИТЫ / RETURN FROM ORBIT / СПУСК В АТМОСФЕРЕ / ATMOSPHERIC DESCENT / ОБРАТНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ / REVERSE TRANSFORMATION / ВЕРТИКАЛЬНОЕ ПРИЗЕМЛЕНИЕ / VERTICAL TOUCHDOWN / ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ПОСАДКА / HORIZONTAL LANDING / ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ / STRIKE-DEFENSE CONSTELLATION / AIR-SPACE VEHICLE

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Афанасьев В.А., Дегтярев Г.Л., Мещанов А.С., Сиразетдинов Т.К.

Предлагается развитие концепции трансформирующейся космической транспортной системы (ТКТС), которая обслуживает МКС и распределяет полезную нагрузку в виде воздушно-космических аппаратов (ВКА) по околоземным орбитам для выполнения функций гражданского или военного назначения. В последнем случае каждый ВКА разделяется на два независимых ударных средства, которые сходят с орбиты и поражают наземные или воздушные цели. В любом случае орбитальная группировка ВКА двойного назначения в любой момент может возвратиться на Землю либо самостоятельно, либо с помощью многоразовой ТКТС, сохраняя свою готовность для следующего полёта на орбиту. Приводится пример расчёта экономической эффективности предлагаемой системы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Афанасьев В.А., Дегтярев Г.Л., Мещанов А.С., Сиразетдинов Т.К.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Развитие концепции трансформирующейся космической транспортной системы двойного назначения»

УДК 629.78:351.814.3

В. А. Афанасьев, Г. Л. Дегтярев, А. С. Мещанов, Т. К. Сиразетдинов

РАЗВИТИЕ КОНЦЕПЦИИ ТРАНСФОРМИРУЮЩЕЙСЯ КОСМИЧЕСКОЙ ТРАНСПОРТНОЙ

СИСТЕМЫ ДВОЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Ключевые слова: космическая транспортная система, околоземная орбита, ударно-оборонительная группировка, трансформация, возвращение с орбиты, спуск в атмосфере, обратная трансформация, вертикальное приземление, горизонтальная посадка, воздушно-космический аппарат.

Предлагается развитие концепции трансформирующейся космической транспортной системы (ТКТС), которая обслуживает МКС и распределяет полезную нагрузку в виде воздушно-космических аппаратов (ВКА) по околоземным орбитам для выполнения функций гражданского или военного назначения. В последнем случае каждый ВКА разделяется на два независимых ударных средства, которые сходят с орбиты и поражают наземные или воздушные цели. В любом случае орбитальная группировка ВКА двойного назначения в любой момент может возвратиться на Землю либо самостоятельно, либо с помощью многоразовой ТКТС, сохраняя свою готовность для следующего полёта на орбиту. Приводится пример расчёта экономической эффективности предлагаемой системы.

Keywords: space transportation system, near-earth orbit, strike-defense constellation, transformation, return from orbit, atmospheric descent, reverse transformation, vertical touchdown, horizontal landing, air-space vehicle.

We propose development of the concept of a transformation space transportation system (TSTS) that services ISS and distributes a payload in the form of air-space vehicles (ASV) among near-earth orbits to perform civil or military functions. In the latter case each ASV is divided into two independent strike weapons which deorbit and defeat aerial or ground targets. In any case the ASV orbit constellation of the double purpose at any moment can return on the Earth or independently or by using the recoverable TSTS saving its preparedness for the following flight in orbit. An example is presented how to calculate the economic efficacy of the proposed system.

Введение

В статье на основе ранее сформулированной авторами концепции многоразовой трансформирующейся ракеты-носителя [1,2,3] рассматривается её развитие: создания трансформирующейся космической транспортной системы (ТКТС) двойного назначения. В мирное время она обеспечивает многократное обслуживание МКС по доставке грузов и возвращению их на Землю, а в военное время обеспечивает доставку на орбиту патрулирования ударно-оборонительных средств (УОС), которые после отмены дежурного режима или возникновения аварийного состояния возвращаются на Землю. Отличительная особенность предлагаемой ТКТС состоит в том, что УОС не остаются на орбите и не представляют угрозы столкновения с другими космическими аппаратами. На Земле УОС или восстанавливаются для последующей эксплуатации, или утилизируются.

Функциональные особенности полёта ТКТС

В исходной пакетной компоновке ТКТС представляет собой составленную по пакетной схеме ракету из двух корпусов с одинаковыми жидко-топливными ракетными двигателями (ЖРД). Оба корпуса скреплены шарнирно-замковым механизмом, как показано на рис. 1 и рис. 2 [1,2].

Старт ТКТС осуществляется либо вертикально с помощью одной или двух разгонных ступеней, либо горизонтально - с помощью самолёта - разгонщика. После выхода на орбиту по гражданскому назначению ТКТС с помощью маршевых и рулевых двигателей выполняет все необходимые операции: угло-

вые развороты, стыковка с МКС, выгрузка грузов из ТКТС в МКС и погрузка грузов из МКС в ТКТС,

9

Рис. 1- Двухосная пакетная компоновка ТКТС: 1 - левый корпус; 2 - первая ГЧ с ПН и панелями солнечных батарей; 3 - заглушка стыковочного узла; 4 - вторая ГЧ с ПН и системой управления^ - отсек с рулевыми двигателями по углам тангажа и рыскания; 6 - правый корпус; 7 - камера сгорания маршевого двигателя; 8 - отсек с рулевыми двигателями по углам крена; 9 - сопла маршевых двигателей

коррекция орбиты МКС, отделение от МКС, создание тормозного импульса и вход в атмосферу. При

4

5

6

1

7

8

выходе на орбиту по военному назначению ТКТС с УОС остаётся на ней для патрулирования в течение достаточно продолжительного времени, корректируя при необходимости высоту орбиты и выполняя различные коммуникационные, мониторинговые, разведывательные и другие операции.

При получении команды на нанесение удара по наземным или воздушно-космическим целям, ТКТС после приложения тормозного импульса отделяет УОС, распределяя их по индивидуальным целям. При необходимости ТКТС может сразу наносить удары по целям, минуя режим патрулирования, как это делают межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) и баллистические ракеты, запускаемые из подводных лодок (БРПЛ).

4 - замок; 5 - геометрический центр

После выполнения заданий гражданского назначения и при отмене режима патрулирования по военному назначению ТКТС с помощью маршевых двигателей вырабатывает тормозной импульс и совершает полёт в направлении атмосферы, в течение которого она трансформируется из двухосной пакетной компоновки в компоновку одноосную, как показано на рис. 2.

В одноосной компоновке при полёте в атмосфере ТКТС ориентируется продольной осью перпендику-

лярно вектору скорости, приобретая максимально возможное сопротивление без каких-либо дополнительных приспособлений. Кроме того, за счёт продольного смещения центра масс, которое достигается за счёт вырабатывания компонентов топлива только из одного корпуса при создании тормозного импульса, образуется балансировочное равновесие ТКТС в одноосной компоновке на некотором угле атаки. Пропорционально углу атаки образуется подъёмная сила, используемая для достижения значительных расстояний в продольном и поперечном направлениях относительно исходной точки приземления.

Рис. 3 - Схема возвращения и мягкого приземления: 1 - Тормозной импульс для схода с орбиты; 2 - Трансформация и вход в атмосферу; 3 - торможение, вращение и управление в атмосфере;

4 - отвесное падение и обратная трансформация;

5 - включение маршевых двигателей для мягкого приземления

В режиме эффективного аэродинамического торможения ТКТС приходит к вертикальному отвесному падению на высоте 10 - 15 км, после чего ТКТС опять трансформируется в двухосную компоновку, направляя сопла маршевых двигателей к поверхности. Включение двигателей и регулирование их силы тяги по определённому закону обеспечивает мягкое вертикально приземление, после которого ТКТС готова к следующему запуску по гражданскому или военного назначению (рис. 3).

Технические решения

Предлагаемая ТКТС за счёт трансформации в одноосную аэродинамическую компоновку при спуске в атмосфере удачно решает одну из самых острых проблем возвращения всех космических ап-

паратов из космоса на Землю - это сохранение исходной аэродинамической конфигурации.

1. В одноосной компоновке ТКТС ориентируется продольной осью перпендикулярно вектору скорости и приобретает максимально возможное сопротивление в атмосфере.

2. Принудительное вращение ТКТС с помощью рулевых ракетных двигателей вокруг продольной оси с небольшой угловой скоростью обеспечивает равномерное нагревание корпуса ТКТС по всей поверхности. Поэтому для тепловой защиты конструкции используется обычное теплозащитное покрытие небольшой толщины, а не аблирующий материал, унос которого в полёте требует сложных послеполётных ремонтно-восстановительных работ, противоречащих принципу многократности применения.

3. Продольное смещение центра масс от геометрического центра одноосной компоновки, достигаемое, например, за счёт вырабатывания компонентов топлива из баков только одного корпуса, устанавливает ТКТС на некотором балансировочном угле атаки с образованием подъёмной силы, позволяющей управлять пространственным полётом ТКТС.

4. Вращение ТКТС в одноосной компоновке, имеющей балансировочный угол атаки, вокруг продольной оси, проходящей через центра масс, не совпадающий с геометрическим центром, напоминает прецессию гироскопа, если приложить внешний момент сил вокруг поперечной оси. Создавая момент с помощью рулевых ракетных двигателей и вызывая соответствующую прецессию, можно направлять действующую подъёмную силу в нужном направлении, осуществляя тем самым управление пространственным движением ТКТС в атмосфере.

5. Упрощение методики расчёта аэродинамических характеристик ТКТС, в том числе координаты положения центра давления ТКТС как в пакетной, так и в одноосной компоновке. Упрощение достигается на основе использования принципа малых отклонений центра давления от исходного положения, которое хорошо известно при нулевом угле атаки. Это геометрический центр масс в предположении одинаковой массы обоих корпусов ТКТС как в пакетной компоновке, так и в одноосной конфигурации.

Ударно-оборонительная группировка

Ударно-оборонительная группировка (УОГ) представляет собой набор из воздушно-космических аппаратов, доставляемых на околоземную орбиту с помощью трансформирующейся космической транспортной системы (ТКТС) в случае возникновения в одном из районов мирового пространства международного конфликта, требующего военного разрешения. Группировка ВКА находится в дежурном режиме на орбите, выполняя задания разведывательного и/или мониторингового характера, до команды на отмену выполнения обоих заданий.

Первая задача имеет ударное назначение - нанесение высокоточных ударов по наземным точечным хорошо защищённым целям. Вторая задача имеет оборонительное назначение - поражение высокоскоростных и сильно маневрирующих объектов, представляющих собой управляемые (УББ) и ма-

неврирующие боевые блоки (МББ) межконтинентальных баллистических ракет (МБР) и баллистических ракет подводных лодок (БРПЛ) потенциального противника [4].

Воздушно-космический аппарат (ВКА) представляет собой конусообразное тело вращение большого удлинения с малым радиусом затупления, покрытый снаружи теплозащитным материалом. Корпус ВКА содержит три отсека: отсек ракетных двигателей (ОРД) с баком топлива, отсек системы управления (ОСУ) и отсек полезной нагрузки (ОПН). Ракетные двигатели ОРД предназначены для создания угловых ускорений ВКА в космосе и атмосфере и создания поступательных ускорений ВКА в космосе. Автоматика ОСУ обеспечивает вырабатывание сигналов на включение и выключения ракетных двигателей ОРД для управления угловыми и поступательными движениями в соответствии с полётным заданием (ПЗ).

Третий отсек ОПН укомплектовывается в зависимости от назначения. При военном назначении он содержит боевой заряд. При гражданском назначении он содержит соответствующую аппаратуру для выполнения различных ПЗ.

ВКА: 1 - Отсек ракетных двигателей; 2 - отсек системы управления с баком топлива; 3 - отсек ПН

При старте ТКТС по любому назначению каждые два ВКА скрепляются днищами друг к другу, образуя веретёнообразную связку из двух ВКА с двойным количеством отсеков ОРД, ОСУ и ОПН (рис.4). В таком состоянии, скреплённом по два, ВКА выводятся на околоземную орбиту, где в определённой группировке выполняют соответствующее ПЗ военного или гражданского назначения. С помощью ракетных двигателей обоих отсеков ОРД каждая связка их двух ВКА корректирует собственную орбиту и свою угловую ориентацию на ней.

Группировка ВКА гражданского назначения работает на околоземной орбите до момента вырабатывания топлива в ОРД или возникновения неисправности в аппаратуре ОСУ. По команде ОСУ ракетные двигатели ОРД вырабатывают тормозной импульс, и связка ВКА входит в атмосферу, где она ориентируется продольной осью перпендикулярно вектору скорости и эффективно тормозится вплоть до начала отвесного падения на высоте 10 - 20 км со скоростью 100 - 150 м/с. По достижении высоты 12 км включаются ракетные двигатели ОРД. Связка

ВКА совершает мягкое вертикальное приземление. После заправки компонентами ракетного топлива и ремонта аппаратуры оба ВКА в одной связке готовы к новому космическому полёту в составе МКТС для выполнения своих ПЗ.

ВКА из группировки военного назначения также распределяются по своим рабочим орбитам и выполняют мониторинговые и разведывательные функции, сохраняя связь с наземным командным пунктом. В случае поступления команды на отмену военных действий каждая связка из двух ВКА военного назначения возвращается на Землю по той же описанной схеме, по какой совершают возвращение два ВКА гражданского назначения в одной связке. После возвращения на Землю ВКА дозаправляются топливом и становятся готовыми для следующего космического полёта по военному назначению.

В случае если разрядка международной напряжённости не произошла и подаётся команда на несения удара по заранее назначенным целям, то сначала каждая связка с помощью двигателей обоих ОРД вырабатывает тормозной импульс для схода с орбиты и совершает полёт в атмосферу. По достижении определённой высоты связка разделяется на отдельные два ВКА военного назначения. По существу каждый ВКА является самостоятельным боевым оснащением МБР и БРПЛ в виде УББ или МББ [4].

Полёт отдельного ВКА военного назначения отличается тем, что он стремится как можно дольше сохранить скорость, чтобы совершить полёт на дальность, как можно большую. Для этого ВКА способен совершать рикошетные отражения от плотных слоёв атмосферы, опять возвращаясь в космическое пространство, используя для этого подъёмную силу, образующуюся на корпусе ВКА в результате удержания ВКА на балансировочном угле атаки с помощью ракетных двигателей ОРД. Величина подъёмной силы на корпусе ВКА зависит от выбранной аэродинамической формы, обеспечивающей минимальное расстояние между центрами давления и массы в полёте, известное как запас статической устойчивости. При удачном проектировании даже с малыми тягами ракетных двигателей можно получать поперечную перегрузку до 100 и более. С такой большой перегрузкой рикошетное отражение и повторное возвращение ВКА в атмосферу представляет собой эффективный манёвр уклонения от ударных средств ПРО противника.

Оценка стоимости

По нашим оценкам, за п пусков с доставкой на геопереходную орбиту (ГПО) и возвращением на Землю ПН приблизительно одной и той же массы в 4 ^ 8 т, экономия за счет применения ТКТС по сравнению с применением одноразовой системы SpaseXFalkon9Dragon равна:

$(46358,5 ^ 23179,25) X (4000 ^ 8000) X п= =$ 0,1854 млрд X п,

и, в частности, уже за 10 пусков составит около двух миллиардов долларов.

Возможные модификации ТКТС

Скрытость ТКТС в применении по военному назначению обеспечивается запусками из существующих стартовых установок МБР, передвижных железнодорожных или автомобильных платформ, пусковых шахт БРПЛ, стоимость переоборудования которых под стартовую пакетную компоновку ТКТС относительно мала по сравнению с эффектом от снижения стоимости возвращаемого груза. В общем случае старт ТКТС может проводиться практически из любой точки земного шара, а приземление - в широкой полосе поверхности Земли, охватывающей трассу рабочей орбиты ТКТС. В последнем случае ТКТС в хвостовой части оборудуется складными амортизаторами, раскладывающимися в момент приземления.

Мягкое приземление ТКТС как при военном, так и гражданском применении может проводиться на те же площадки, с которых проводились запуски, при их соответствующем дооборудовании. При незначительной модификации конструктивно-компоновочной схемы ТКТС, например, оборудованием её хвостовым горизонтальным оперением небольшого размера посадка ТКТС может осуществляться горизонтально на подвижную платформу, с соответствующей скоростью движущуюся по ВПП в попутном с ТКТС направлении [5] . Касание поверхности ТКТС платформы происходит в заданный момент времени на заданном расстоянии с нулевой горизонтальной и достаточно малой вертикальной составляющими скорости ТКТС. Такая горизонтальная посадка не требует от ТКТС дополнительных конструктивных приспособлений типа шасси, а подъёмная сила, достаточная для посадки, обеспечивается за счёт интерференции двух корпусов в пакетной компоновке.

Кроме мягкого вертикального приземления с помощью маршевых двигателей (рис. 3) и посадки без шасси на подвижную платформу ТКТС может осуществлять посадку и в своей одноосной компоновке, когда торможение обеспечивается тягами рулевых двигателей, на специально подготовленное подходящее основание, например, водный бассейн. Приводнение ТКТС в одноосной компоновке исключает вторую обратную трансформацию и повышает надёжность эксплуатации при сохранении принципа многоразового применения системы.

Для реализации применения результатов проектирования ТКТС впервые предлагаются технические решения, неизвестные до настоящего времени ни в России, ни за рубежом.

Сценарии применения

После изготовления ТКТС эксплуатируется по гражданскому назначению, обеспечивая доставку грузов на МКС и их обратное возвращение на Землю. За время её гражданской эксплуатации продолжается отработка всех тех технических решений, которые были заложены для применения ТКТС по военному применению. В случае возникновения военной угрозы ТКТС снаряжается нагрузкой в виде УОС и выходит в патрулирование на околоземную орбиту. При поступлении команды на нанесение

превентивного или ответного удара ТКТС вырабатывает импульс для схода с орбиты и по мере подхода к атмосфере распределяет элементы УОС по соответствующим индивидуальным траекториям, проходящим через назначенные цели.

В случае отмены режима патрулирования ТКТС входит в атмосферу и совершает мягкое вертикальное приземление, возвращая на Землю для хранения или последующей утилизации неиспользованные УОС.

Заключение

Таким образом, предложена конструктивно-компоновочная схема (ККС) трансформирующейся космической транспортной системы (ТКТС), отличающаяся следующими особенностями.

1. За счёт многократного использования одной ТКТС стоимость одного килограмма возвращаемого груза может быть уменьшена в 100 и более раз (пропорционально числу проведённых пусков) по сравнению со стоимостью одного килограмма груза, возвращаемого космического аппарата (КА) Dragon ракеты Falcon-9, созданной американской частной фирмой SpaceX, или КА Союз, долгое время эксплуатируемого в России.

2. Надёжная оперативная готовность ТКТС к эксплуатации по военному назначению, которая обеспечивается установкой УОС вместо другой полезной нагрузки и расчётом соответствующего полётного задания.

3. Возможность применения УОС ТКТС не только для нанесения ударов по наземным целям, но и для решения оборонных задач, например, перехвата высокоскоростных и сильно маневрирующих объектов, которыми могут быть управляемые и маневрирующие боевые блоки МБР и БРПЛ вероятного противника.

4. Длительное пребывание ТКТС в боевой готовности при орбитальном патрулировании с УОС на борту и потенциальная возможность расширения коммуникационных услуг по гражданскому применению.

5. Принципиальная возможность расширения области достижимости и, следовательно, зоны поражения наземных целей вплоть до всей поверхности земного шара за счёт использования маневрирующих способностей ТКТС в одноосной компоновке при поперечном смещении её центра масс, получаемом, например, за счёт выжигания компонентов топлива только из одного корпуса при сходе ТКТС с орбиты.

6. Новое техническое решение по сохранению исходной аэродинамической конфигурации ТКТС от тепловых нагревов при спуске в атмосфере за счёт вращения ТКТС вокруг продольной оси с небольшой угловой скоростью и применения обычного, практически не съёмного теплозащитного материала небольшой толщины по боковой поверхности корпус ракет, трансформированных в одноосную компоновку.

7. Единая система подачи компонентов топлива, например, сжиженного природного газа в качестве горючего и сжиженного кислорода в качестве окис-

лителя, в камеры сгорания маршевых и рулевых ракетных двигателей, что исключает использование отдельной вытеснительной системы подачи токсичных компонентов топлива, которая применяется на КА Dragon ракеты - носителя Falcon-9.

8. Возвращение на Землю неиспользованных УОС в случае мирного урегулировании военных конфликтов за счёт мягкого вертикального приземления с помощью тех же маршевых ракетных двигателей, с помощью которых ТКТС выводится на околоземную орбиту.

9. Низкие расходы по сравнению с эффектом от многоразового применения ТКТС, на переоборудование стартовых установок и шахт и посадочных площадок ТКТС в пакетной компоновке.

Приложение (оценка стоимости выведения и возвращения ПН)

Оценим экономический эффект применения ТКТС по сравнению с перспективной частной космической системой SpaseX Falkon-9 Dragon.

Рассмотрим ТКТС среднего класса для выведения, как и с помощью РН Falkon-9, полезной нагрузки (ПН) массой до 4 + 8 т на геопереходную орбиту (ГПО) высотой 800 км.

Рассчитаем расходы на 1 кг возвращаемых грузов (возвращаемой ПН) в случае применения ТКТС.

Масса возвращаемого ТКТС (без 40 т топлива для вывода на орбиту):

M в тктс = M впст + M в пн +M доптпл ТКТС = =30 т+ (0,04 ^ 0,08)Mв тктс + +(0,6 ^0,62)МВ тктс = 100 т , где Мв пст = 30 т = 0,ЗМв тктс - масса пустой

ТКТС (без возвращаемой ПН и без топлива); Mв пн = (0,04 + 0,08)Mв тктс =4 + 8 т - масса возвращаемой ПН; Mдоп тпл тктс = 66 + 62 т - масса

дополнительного топлива в ТКТС, предназначенного для тормозного импульса, манёвров в космосе, управления входом в атмосферу, разворотов и ориентации при торможении в атмосфере, ориентации и вертикального приземления.

Стоимость дополнительного топлива: по 1$ за килограмм; итого - не более $66 000. Получаем, что стоимость 1 кг возвращаемой ПН с помощью ТКТС не превышает

$66 000/(4000 ^ 8000)=$16,5 ^ 8,25 за 1 кг.

Расчет расходов на 1 кг возвращаемых грузов одноразовой РН Falkon-9 c одноразовым возвращаемым космическим аппаратом (КА) Dragon (система SpaseX Falkon-9 Dragon) проведём следующим образом..

Стоимость вывода РН Falkon-9 на ГПО ПН в 4,7 т составляет $56 млн. Стоимость одного корпуса КА Dragon («пустышки») составляет $40 млн. С приборным и другим оборудованием данная стоимость составит ориентировочно $50 млн. (по данным общероссийской газеты «Военно-промышленный комплекс», за 2012-2013 г.г). Следовательно, для возвращенной ПН с такой же массой 4 + 8 т , как на

ТКТС, получаем стоимость возвращения 1 кг ПН: $50000 тыс./(4000 ^ 8000)= $12500 ^ 6250.

Таким образом, за n пусков экономия средств, только за счет возвращаемой ПН массой 4 ^ 8 т, в случае применения ТКТС, по сравнению с одноразовой системой SpaseX Falkon-9 Dragon, за 1 кг составит:

$[(12500 ^ 6250)-(16,5 ^ 8,25)] xn= =$(12483,5 ^6241,75)х n.

Оценим стоимость доставки на ГПО 1 кг ПН (одинаковая масса 4 ^ 8 т как и при возвращении ПН), с помощью ТКТС и с помощью одноразовой системы SpaseX Falkon-9.

В случае применения ТКТС для доставки ПН на МКС получаем:

1) послеполётное обследование состояния конструкции, теплозащитного покрытия, двигательной установки (замена, при необходимости, рулевых и маршевых ракетных двигателей), механизма трансформации, аппаратуры системы управления ТКТС и её разгонных ступеней; стоимость 1$ млн.;

2) стоимость горючего (сжиженный природный газ или керосин) и окислителя (сжиженный кислород); это 310 т по 1$ за килограмм - не более $500 000;

3) предстартовые испытания, в том числе полномасштабная заправка и слив компонентов топлива, включение и выключение маршевых и рулевых ракетных двигателей на стартовом столе; стоимость не более $1 млн.;

4) регламентные проверки бортовой системы управления, включающие прозванивание электрических цепей, тестирование программного обеспечения и др.; стоимость не более $1 млн.;

5) другие виды операций предстартового обслуживания; стоимость не более $1 млн.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Стоимость выведения полезной нагрузки массой 4 + 8 т на ГПО составляет не более $4,5 млн. Это означает стоимость не более $1125 + 562,5 за 1 килограмм ПН, доставляемой на ГПО.

Расчет расходов на 1 кг доставляемых на МКС ПН в случае применения одноразовой системы SpaseX Falkon-9 Dragon.

Согласно представленным выше данным для SpaseX Falkon-9 Dragon получаем стоимость за доставку на ГПО 1 кг ПН:

$56000 тыс./ (4000 ^ 8000)= $(35000 ^ 17500).

За n пусков экономия средств в случае применения ТКТС по сравнению с пусками такой же ПН с помощью одноразовой системы SpaseX Falkon9 Dragon составит за 1 кг ПН, доставляемой на ГПО: $[(35000 ^ 17500) - (1125 ^ 562,5)] xn = =$(33875 ^ 16937,5)xn. Суммарная экономия за доставку на ГПО и за возвращение на Землю 1 кг ПН составит:

$(33875 ^ 16937,5)xn+$(12483,5 ^6241,75)xn=

=$(46358,5 ^ 23179,25)xn. Таким образом, в частности, за 10 пусков с доставкой на ГПО и возвращением на Землю ПН приблизительно одной и той же массы в 4 + 8 т, экономия за счет применения ТКТС по сравнению с применением одноразовой системы SpaseX Falkon-9 Dragon составит:

$(46358,5 ^23179,25)x(4000 ^8000)xn= =$0,1854340000xn, и, в частности, за n=10 пусков будет равна: $1854340000=$1,854 млрд.

Публикация осуществлена при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Республики Татарстан в рамках научного проекта № 15-48-02101.

Литература

1. Патент № 2202500, МПК 7B64G 1/62, 1/14; F42B 15/10. Способ спасения ракет-носителей многоразового применения и устройство для его осуществления/ В.А. Афанасьев, В.С. Борзов, В.А. Данилкин, Г.Л. Дегтярёв,

B.Г. Дегтярь, А.Ф. Марусик, А.С. Мещанов, Т.К. Сира-зетдинов, Г.Г. Сытый, Ю.С. Телицын // Б.И., 2003, № 11.

2. В.А. Афанасьев, Г.Л. Дегтярев, А.С. Мещанов. Концепция трансформирующейся ракеты-носителя двойного назначения. Новые технологии. Том 2.- Материалы X Всероссийской конференции. М.: РАН, 2013. С.168-175.

3. Афанасьев В.А., Дегтярев Г.Л., Мещанов А.С., Сира-зетдинов Т.К. К математическому описанию движения многоразовых спускаемых летательных аппаратов нетрадиционных аэродинамических компоновок // Изв. вузов, Авиационная техника. № 3, 2001. С.10-14.

4. Г.Н Разоренов, Э.А. Бахрамов, Ю.Ф. Титов. Системы управления летательными аппаратами (баллистическими ракетами и их головными частями). М., Машиностроение, 2003. 584 с.

5. В.А. Афанасьев, Г.Л. Дегтярев, А.С. Мещанов, Р.Т. Сиразетдинов. Посадка летательных аппаратов без шасси // Известия вузов. Авиационная техника. № 4, 2014.

C.11-13.

© В. А. Афанасьев, канд. техн. наук, доц. каф. прикладной математики и ракетодинамики филиала Южно-Уральского научно-исследовательского ун-та в г. Миасс, Челябинская область, ava46@mail.ru; Г. Л. Дегтярев, д-р техн. наук, проф., зав. каф. автоматики и управления КНИТУ им. А.Н. Туполева-КАИ, lugovaja.au@yandex.ru; А. С. Мещанов, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., доц. той же кафедры, mas41@list.ru; Т. К. Сиразетдинов, д-р техн. наук, проф. каф. днамики процессов и управления КНИТУ им. А.Н. Туполева-КАИ, mas41@list.ru.

© V. A. Afanasyev, Candidate of Science, assistant professor of the applied mathematics and rocket dynamics chair at the South Ural scientific research university, city of Miass, Chelyabinsk region, ava46@mail.ru; G. L. Degtyarev, Doctor of Science, professor, manager of the automatics and control chair at the Kazan national research technical university after A.N. Tupolev-KAI, lugovaja.au@yandex.ru; A. S. Meshchanov, Candidate of Science, senior staff scientist, assistant professor of the automatics and control chair at the Kazan national research technical university after A.N. Tupolev-KAI, mas41@list.ru; T. K. Sirazetdinov, Doctor of Science, professor of the processes dynamics and control chair at the Kazan national research technical university after A.N. Tupolev-KAI, mas41@list.ru.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.