Устройство, используемое при запуске ракет - RU2203198C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к устройству, используемому при запуске ракеты, а возможно, и при транспортировке ракеты, причем ракета содержит полезную нагрузку, которая должна быть выведена в космос.

Большие ракеты, предназначенные для вывода в космос полезных нагрузок, состоят из нескольких ступеней, изготовление которых осуществляется по отдельности. Полезная нагрузка, которая может представлять собой, например, космический аппарат, также изготавливается отдельно, а затем перевозится на ракетную установочную площадку, где осуществляется установка полезной нагрузки в ракету.

Длина больших ракет, предназначенных для вывода в космос полезных нагрузок, может достигать 50 м и более. Эти ракеты оптимизируются по весу и разрабатываются таким образом, чтобы выдерживать значительные перегрузки, возникающие в продольном направлении ракеты, а также выдерживать небольшие перегрузки в поперечном направлении. Соответственно, создаваемые ракеты не рассчитаны на то, чтобы, находясь в горизонтальном положении, выдерживать силы и изгибающие моменты, возникающие под действием тяжести полностью собранной и заправленной топливом ракеты.

Ракета содержит несколько высокотехнологичных систем типа механических, электрических и оптических систем, сборка которых представляет собой сложный процесс и которые нуждаются в полномасштабной предстартовой подготовке.

В соответствии с известным уровнем техники сборка, подготовка, транспортировка и заправка топливом выполняются при вертикальной ориентации основной оси ракеты, благодаря чему удается избежать упомянутых выше сил и крутящих моментов. Ракета перевозится на стартовую площадку, откуда осуществляется ее запуск, в вертикальном положении.

Сборка и подготовка ракеты в вертикальном положении требуют того, чтобы работы были выполнены посредством возведения лесов или создания аналогичных приспособлений, обеспечивающих доступ к различным частям ракеты. Перевозка большой ракеты в вертикальном положении на значительные расстояния фактически невозможна, так как в дополнение к ограничениям, связанным с мостами и т. п., подобные высотные конструкции подвергаются действию чрезмерных перегрузок, обусловленных горизонтальными ускорениями при транспортировке. Таким образом, в соответствии с известным уровнем техники сборка и подготовка ракеты должны проходить в непосредственной близости от стартовой площадки ракеты.

Вследствие вращения Земли наиболее предпочтительные районы для запуска ракет расположены вблизи экватора. В то же время, сборка и предстартовая подготовка больших ракет требуют привлечения значительных ресурсов как в виде экспертной поддержки, так и материальных, причем эти ресурсы наиболее доступны в районах, не расположенных на экваторе. Поэтому, на практике сборка, подготовка и запуск ракеты могут осуществляться в районах, где доступны необходимые ресурсы, при этом вынуждены отказываться от преимуществ, связанных с запуском ракет из экваториальных районов, либо ракеты запускаются из районов, расположенных ближе к экватору, но при этом возрастают транспортные расходы.

Американский патент US 4747334 раскрывает плавающую конструкцию, предназначенную для запуска космических ракет. Конструкция транспортируется на стартовую позицию на полуподводном судне типа баржи. Судно погружается в воду и отплывает в сторону, оставляя конструкцию лежать на воде. В данном случае, как и прежде, ракета все время стоит вертикально на стартовой платформе, это предполагает, что она была собрана предварительно.

Американский патент US 5042358 описывает плавающую платформу для запуска космических ракет. Платформа во время транспортировки на стартовую позицию поддерживается полуподводным судном типа баржи, причем это судно вытянуто вдоль платформы. Судно погружается в воду и отплывает в сторону, оставляя платформу лежать на воде. В данном случае, как и раньше, ракета все время стоит вертикально на стартовой платформе, а это предполагает, что она была собрана ранее.

Американский патент US 4916999 описывает платформу с подъемным домкратом для запуска ракет. Ракеты собираются вертикально на передвижной конструкции в подходящем месте на берегу. Ракета вместе с конструкцией переносится на платформу с подъемным домкратом, после чего платформа транспортируется на стартовую позицию в море. Здесь опоры платформы погружаются в воду таким образом, что они упираются в дно и образуют прочное основание в процессе запуска.

Таким образом, приведенные выше патенты описывают способы запуска ракеты из наиболее предпочтительного района, например, с экватора, но не освещают вопрос предпочтительной транспортировки ракеты, при которой не возникает помех перевозке большой ракеты с вертикально ориентированной продольной осью.

Целью настоящего изобретения является разработка средства, используемого при запуске ракеты, а возможно, и при транспортировке ракеты, причем ракета содержит полезную нагрузку, которая должна быть выведена в космос, и при этом должен обеспечиваться простой доступ к ресурсам, которые необходимы для сборки и подготовки, и сохраняться преимущества, обусловленные запуском ракет из экваториальных районов.

Поставленная цель достигается при помощи устройства, которое упоминалось выше, отличающегося признаками, представленными в п.1 формулы изобретения.

Необходимо особо подчеркнуть, что настоящее изобретение относится к большим ракетам. Малые ракеты имеют более простую конструкцию, более просты в сборке, подготовке и транспортировке и не попадают в объем настоящего изобретения.

В настоящем изобретении как сборка, так и подготовка и транспортировка на стартовую позицию ракеты, состоящей из нескольких модулей и полезной нагрузки, которая должна быть выведена в космос, выполняются при горизонтальной ориентации основной оси ракеты. Сложности, обусловленные влиянием значительных сил и изгибающих моментов в результате действия веса топлива, разрешаются частично за счет того, что ракета укладывается в одно или несколько специально приспособленных гнезд или седел, по которым вес распределяется таким образом, что изгибающие моменты сокращаются, а частично за счет того, что значительная часть заправляемого топлива заливается после того, как ракета будет поднята в вертикальное положение.

Сборка и подготовка, а возможно, и транспортировка ракеты целиком или транспортировка ее отдельных частей могут осуществляться на борту транспортного средства, после чего собранная ракета, ось которой все еще ориентирована горизонтально, переносится на плавающую конструкцию. Затем плавающая конструкция проплывает, хотя и не обязательно, оставшееся расстояние до стартовой позиции, где ракета поднимается в вертикальное положение и запускается.

Следовательно, транспортировка ракеты может быть выполнена несложным образом, частично, либо целиком на транспортном средстве, либо на плавающей конструкции на предпочтительную стартовую позицию в районе экватора.

Плавающая конструкция оснащена всеми или практически всеми средствами, которые необходимы для подготовки ракеты к запуску.

В соответствии с изобретением плавающая конструкция является полуподводной платформой, состоящей из горизонтальных понтонов и вертикальных опор с одной или несколькими палубами, установленными на опорах, и содержащей подъемное устройство для перемещения ракеты в горизонтальном положении с судна на платформу плавающей конструкции.

В предпочтительном варианте реализации изобретения плавающая конструкция содержит систему транспортировки по рельсам для горизонтальной транспортировки ракеты из ангара на пусковую установку.

Еще в одном предпочтительном варианте воплощения изобретения плавающая конструкция оснащена механизмами для самостоятельного передвижения.

Изобретение далее подробно раскрывается при помощи одного характерного варианта воплощения, приведенного в сочетании с сопутствующими чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает вид сбоку судна для сборки, подготовки и транспортировки ракеты, а также
фиг.2 изображает вид сбоку платформы для запуска ракеты.

На фиг. 1 показано средство транспортировки в виде судна 1 с крытой палубой 6. На палубе размещены первая ступень ракеты 2, вторая ступень ракеты 3, третья ступень ракеты 4 и полезная нагрузка, представляющая собой космический аппарат 5. Ступени ракеты загружены на борт судна через люк на носу или на корме судна (не показан), а затем перемещены на палубу 6 при помощи колесных вагонеток или тележек. После этого ступени ракеты помещены на специально приспособленные гнезда или седла 7, которые могут быть совмещены с вагонетками или тележками.

Полезная нагрузка, показанная в виде космического аппарата 5, обычно будет загружаться на борт судна через люк, отличный от люка загрузки ракеты. Аппарат может быть загружен на борт судна через бортовой грузовой люк судна или через один из вышеупомянутых люков на носу или корме судна. Полезная нагрузка также размещается на тележке или вагонетке, а затем устанавливается в устойчивое положение на специально для этого приспособленном гнезде или седле.

На борту судна отдельные ступени ракеты и космический аппарат собираются в ракету, продольная ось которой расположена горизонтально. Технические системы ракеты после этого подготавливаются при помощи оборудования, размещенного на борту судна. Ракета и космический аппарат через подходящее оборудование подключается к предусмотренному на судне пункту управления 8, из которого может осуществляться контроль ракеты и космического аппарата. Также, пока ракета находится на судне в горизонтальном положении, обеспечивается возможность заправки некоторого количества ракетного топлива, которое может находиться в жидком или твердом виде. Это, однако, должно осуществляться с учетом сил и моментов, действию которых подвергается ракета, так как ракета изготавливается с расчетом на ограниченные силы и соответственные моменты, приложенные в поперечном направлении.

После завершения сборки ракеты она переносится на платформу через люк, выполненный на носу или на корме судна (не показан). Ракета вместе со своими седлами выносится из люка при помощи колесного устройства, которое может перемещаться по рельсам, на подъемный пандус, а затем поднимается над платформой; эта процедура более подробно будет описана со ссылками на фиг.2.

Плавающая конструкция выполнена в виде полупогруженной платформы 20. Основные части платформы, состоящие из горизонтальных понтонов 21 с двигательными гребными винтами 22, приводятся в движение собственными механизмами платформы. На понтонах предусмотрены вертикальные опоры 23, на которых установлена палуба 29. Платформа оснащена подъемным устройством 24 и ангаром 25.

После того как ракета будет перенесена с судна на платформу, ракета, как было описано выше, выносится через люк судна на подъемный пандус. Затем она в горизонтальном положении поднимается на борт платформы при помощи подъемного устройства 24 и заносится в ангар 25, который при необходимости оснащен оборудованием, требующимся для продолжения предполетной подготовки. Все это время контроль ракеты осуществляется из пункта управления судна 8. За исключением этого пункта управления платформа обладает всем необходимым оборудованием для завершения подготовки ракеты к полету.

Перед стартом ракета выносится из ангара при помощи транспортировочного устройства, которое предпочтительно перемещается по рельсам, и устанавливается в положение, показанное пунктирными линиями 26, над пусковой установкой 30. Пусковая конструкция размещается на одном из краев платформы, предпочтительно на корме платформы, причем кормой считается конец платформы, обычно обращенный назад во время движения. На конце пусковой установки, обращенном к платформе, предусмотрен огнезащитный экран или аналогичное устройство (не показано) для защиты платформы от пламени и тепла во время запуска.

Ракета поднимается в вертикальное положение, как показано при помощи позиции 27, при помощи подъемно-опрокидывающегося устройства 28. К этому времени большая часть обслуживающего персонала должна покинуть платформу. Для этого используются мостки или трап между платформой и судном. Затем мостки удаляются и судно отходит на безопасное расстояние от платформы, например, 2000 м, для продолжения управления запуском.

После того как ракета достигнет вертикального положения, выполняются последние приготовления, включающие, например, окончательную заправку топливом, во время которой ракета заправляется из контейнеров, находящихся на платформе. Как уже было отмечено, количество топлива, заправляемого в ракету во время этой окончательной заправки, зависит от степени нагрузки, которую ракета выдерживает в поперечном направлении. Как минимум, окончательная заправка топливом включает заправку жидким кислородом, который быстро испаряется при нормальной температуре окружающей среды.

По окончании последних приготовлений оставшийся обслуживающий персонал переходит с платформы на судно, используя при этом катер или вертолет.

Непосредственно запуск управляется из пункта управления судна. После прохождения ракетой некоторого расстояния на атмосферном участке полета управление передается наземному пункту управления.

После этого судно, а возможно, и платформа возвращаются в порт.

Таким образом, достигается сформулированная выше цель изобретения, а именно, облегчается доступ к необходимому обслуживающему персоналу и к материальным ресурсам в процессе запуска и при этом запуск ракеты переносится в экваториальный район.

В данном случае горизонтальное обслуживание и хранение ракеты обеспечивает многочисленные преимущества по сравнению с известными решениями, приведенными во введении, в которых предлагается запускать ракеты с платформ. Во-первых: транспортное средство становится более простым и дешевым, так как становится возможным использовать суда с "обычными" размерами. В действительности можно переделывать существующие в настоящее время суда, например, типа RO-RO и использовать их. Кроме того, значительная лучшая защита обеспечивается в отношении горизонтальных ускорений при транспортировке, так как силы, возникающие в результате этих ускорений, практически не имеют рычагов моментов при перевозке ракеты в горизонтальном положении. В добавок к этому надстройки и доступ к различным частям ракеты становятся намного менее дорогостоящими, благодаря чему сборка, подготовка и транспортировка могут быть выполнены при любых метеорологических условиях.

В конечном счете необходимо отметить также важное преимущество, заключающееся в использовании одного и того же пункта управления как для сборки, подготовки и контроля, так и для запуска ракеты. Благодаря этому удается обеспечить недорогое решение, в котором отсутствуют часто возникающие проблемы организации связи как между компьютерами и другим техническим оборудованием, так и между обслуживающим персоналом.

В приведенном выше описании предпочтительного варианта воплощения изобретения не учитывается положение, в котором ракета доставляется с судна на плавающую платформу. Как судно, так и плавающая платформа разрабатываются таким образом, что они оба в течение некоторого времени позволяют размещать на них полностью собранную ракету, так как и судно, и платформа оснащены необходимым соединительным оборудованием для контроля ракеты и технических систем космического аппарата из пункта управления. При этом оказывается возможным, например, либо переносить ракету с судна на плавающую конструкцию, пока и судно, и платформа находятся в порту, либо переносить, когда они находятся в районе запуска.

В приведенном варианте предпочтительного воплощения судно показано с одним пунктом управления для одной только ракеты, хотя очевидно, что судно может иметь пункт управления для нескольких ракет, причем с практической точки зрения наиболее целесообразным представляется пункт управления, рассчитанный на три ракеты.

Изобретение было раскрыто со ссылкой на конкретный вариант предпочтительного воплощения. Тем не менее ясно, что в пределах объема изобретения допускаются различные варианты воплощения. Так, например, изобретение не зависит от того, как ракета перевозится с судна на плавающую конструкцию. Вместо использования предложенного подъемного устройства ракета может быть загружена на верхнюю палубу судна при помощи подъемника, а затем перенесена на платформу по мосту. Возможно также переместить ракету при помощи движителей на воздушных амортизаторах, которые специально приспособлены для перевозки тяжелого оборудования при использовании горизонтального основания.

В описанном изобретении платформа представлена в виде полупогруженной в воду платформы. Однако изобретение не ограничивается платформами этого типа, а для этих целей может использоваться, например, платформа с подъемным домкратом с опорами, которые могут быть установлены на дне.

Во втором варианте воплощения изобретения ангар на плавающей конструкции может быть выполнен вертикальным, что обеспечивает возможность осуществления окончательных проверок и испытаний в то время, когда ракета находится в вертикальном положении, и благодаря чему обеспечивается несколько более безопасное основание при запуске ракеты. Возможно также отказаться от цельного ангара, что позволит снизить стоимость разработки. Это существенно, если платформа должна использоваться для запуска ракет относительно надежной конструкции, когда ракеты меньше нуждаются в конечных проверках и меньше подвержены влиянию метеорологических условий.

Реферат

Изобретение относится к наземному оборудованию для обеспечения старта космических ракет с плавучих средств (платформ). Предлагаемая платформа имеет пусковую установку для ракет длиной не менее 50 м и содержит средство для переноса собранной и частично подготовленной для пуска ракеты на борт платформы в горизонтальном положении. Предусмотрены бортовые средства для подготовки ракеты к пуску и транспортировки (по рельсам) к пусковой установке. Эти средства рассчитаны на обслуживание горизонтально расположенной ракеты. Кроме того, платформа имеет средство для установки ракеты в вертикальное положение и заправочное оборудование. Платформа выполнена самоходной преимущественно полупогружного типа. Изобретение направлено на упрощение сборки и подготовки к пуску мощных ракет-носителей из экваториальных районов мирового океана с достижением преимуществ при использовании для этой цели самоходных плавучих стартовых сооружений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула