Устройство для запуска космических ракет - RU2708123C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области космонавтики, а именно к средствам перемещения космических аппаратов с поверхности земли в космическое пространство.

Известен концептуальный проект «Система запуска космических ракет» предусматривающий подъем двухступенчатой ракеты на высоту до 50 километров посредством дирижабля и осуществление старта с ее платформы (http://www.pandia.ru/text/77/150/8239.php)

Недостатком известного технического решения является то, что старт ракеты осуществляется с нулевой скоростью, а по циклограмме полета она должна быть на данной высоте определенного значения.

Технической задачей предлагаемого изобретения является исключение данного недостатка.

Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для запуска космических ракет, содержащее средство предварительного подъема ракеты на определенную высоту, выполнено в виде насаженного на вертикально расположенный цилиндр гибкого газонепроницаемого рукава, содержащий в своей верхней части, размещенный в направляющей башне лифтовый контейнер с ракетой, а в нижней части связан с механизмом торможения и с основанием цилиндра, который соединен посредством трубопроводов с газогенераторными станциями и содержит отверстия для подачи газа в верхнюю часть рукава, причем лифтовый контейнер содержит спускаемый парашют, а укладка рукава осуществляется посредством механизма укладки.

Анализ известных аналогичных технических решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом устройстве, то есть о соответствии заявляемого технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

На фиг. 1 показано устройство в предстартовом положении.

На фиг. 2 - послестартовое положение устройства.

На фиг. 3 - возвращение лифтового контейнера.

Устройство для запуска космических ракет состоит из направляющей башни 1, с размещенным внутри лифтовым контейнером 2, содержащего рули 3 и стабилизаторы 4, а также систему управления движением (не показано) и парашют 5 (см. фиг. 3). В лифтовом контейнере 2 размещена двухступенчатая ракета 6. К лифтовому контейнеру 2 герметично соединен рукав 7, выполненный из гибкого газонепроницаемого материала и насаженный на цилиндр 8, содержащий в верхней части отверстия 9 для подачи газа в верхнюю часть рукава 7, в нижней части цилиндр 8 соединен посредством трубопроводов 10 с газогенераторными станциями 11, содержащих камеру сгорания 12 и емкости 13, 14 с компонентами топлива. В нижней своей части рукав 7 связан с механизмом торможения 15, механизм укладки 16 предназначен для возврата в исходное состояние рукава 7. Рукав 7 может быть изготовлен из многослойного материала, например, из углеволокна, газонепроницаемой оболочки и антифрикционного покрытия.

Устройство для запуска космических ракет функционирует следующим образом.

Проводится предстартовая подготовка. Рукав 7 предварительно насаживают на цилиндр 8, таким образом, чтобы зазор между рукавом 7 и цилиндром 8 в расширенной части был герметичным, но обеспечивал скольжение, емкости 13 и 14 заполняют соответствующими компонентами, ракету 6 устанавливают в лифтовый контейнер 2. Старт осуществляется запуском одной из газогенерирующих станций 11. Газ по трубопроводу 10 поступает в цилиндр 8 и через отверстие 9 подается в верхнюю часть рукава 7. Под действием давления газа, лифтовый контейнер 2 начинает подъем с ускорением по направляющей башне 1. В процессе подъема, лифтовый контейнер 2 стягивает гофры рукава 7 с цилиндра 8. Далее подключаются другие газогенераторные станции 11, обеспечивая стабильное давление газа в рукаве 7. Управление полетом лифтового контейнера 2 осуществляется посредством рулей 3 и стабилизаторов 4. Лифтовый контейнер 2, двигаясь с ускорением, достигает необходимой скорости и высоты, при этом рукав 7 вытягивается полностью и лифтовый контейнер 2 останавливается благодаря механизму торможения 15, а ракета 6 по инерции летит дальше, одновременно запуская маршевые двигатели. Устройство имитирует работу первой ступени трехступенчатой ракеты, при этом скорость и высота на момент запуска первой ступени двухступенчатой ракеты должны соответствовать результатам работы первой ступени трехступенчатой ракеты. После отрыва ракеты 6 от лифтового контейнера 2 прекращается подача газа в рукав 7, а в лифтовом контейнере 2 открывается клапан для сброса давления (не показан) и выбрасывается спускаемый парашют. Одновременно с этим включается механизм укладки 16, обеспечивая возвращение рукава 7 в исходное положение. Скорость укладки рукава 7 должна соответствовать скорости спуска лифтового контейнера 2. После укладки рукава 7 и заправки емкостей 13, 14 газогенераторов 11, устройство вновь готово к запуску ракеты.

Рассмотрим работу устройства на примере трехступенчатой ракеты-носителя «Союз 2.1».

Определим давление газа и суммарную мощность газогенерирующих станций для обеспечения заданных параметров полета ракеты. Определим ускорение «а», которое необходимо придать двухступенчатой ракете массой m=138700.0 кг. для достижения скорости v=1763 м/с на высоте h=46900.0 км. за время t=118 с.

a=v/t=1763/118=14.94 м/с²

Определим силу F, которую необходимо приложить к двухступенчатой ракете для движения с ускорением а=14.94 м/с².

F=а×m=14.94×138700.0=2072.18 Кн

Давление газа в рукаве вычислим по формуле:

Р=F/S,

где, S=пR=3.14×1.0²=3.14 м²- площадь сечения рукава

Р=2072.18/3.14=660.0 КПа

Суммарную мощность газогенераторов вычислим по формуле:

W=F×h/1=2072.18×46900.0/118=823.6 Мвт

Стоимость первой ступени трехступенчатой ракеты составляет порядка 70% от общей стоимости ракеты, таким образом, стоимость двухступенчатой ракеты составит порядка 330.0 млн. руб. Предлагаемое устройство может быть использовано как космический лифт для доставки туристов в космическое пространство. Для этого, достаточно заменить ракету на туристический модуль, который по инерции, после остановки лифтового контейнера, вылетит в космическое пространство с последующим возвращением на землю. Предлагаемая конструкция устройства запуска ракет упрощает и снижает стоимость ракет-носителей и запуск космических аппаратов в космос. Применение холодного старта позволяет запускать космические аппараты без первой ступени ракеты и увеличить полезную нагрузку.

Реферат

Изобретение относится к области космонавтики, а именно к средствам перемещения космических аппаратов с поверхности земли в космическое пространство. Устройство для запуска космических ракет содержит средство предварительного подъема ракеты на определенную высоту. Средство подъема выполнено в виде насаженного на цилиндр гибкого газонепроницаемого рукава. Устройство снабжено лифтовым контейнером с ракетой. Контейнер размещен в направляющей башне. Нижняя часть рукава связана с механизмом торможения и с основанием цилиндра. Цилиндр соединен трубопроводами с газогенераторными станциями. Цилиндр содержит отверстия для подачи газа в верхнюю часть рукава. Лифтовый контейнер, содержащийся в верхней части рукава, имеет спускаемый парашют. Достигается сокращение ступеней ракеты. 3 ил.

Формула