logo new

Всероссийский молодежный конкурс исследовательских работ и инженерных проектов памяти лётчика-космонавта А.А. Сереброва

Показать все секции

Система воздушного старта и космического самолёта для научных исследований «Катюша»

В настоящей работе представлен проект воздушного старта (далее ВС). Этот проект актуален в силу того, что вместо космодрома используется только взлетно-посадочная полоса для самолета-носителя и посадки космического самолета (далее КС). Концепция: Предлагается исключить стартовый комплекс и запускать самолет в 5 этапов. Возможны 2 варианта ВС: - 1 вариант состоит из: самолета-носителя большой грузоподъемности по типу «Мрия», разгонного блока (далее РБ) с прямоточным воздушно-реактивным двигателем (далее ПВРД) и космической многоразовой системы по типу «Буран» или ЛКС. - 2 вариант состоит из: самолета-носителя большой грузоподъемности по типу «Мрия», КС, вместо ПВРД – топливные баки (далее ТБ), разгон осуществляется за счет двигательной установки КС. Графически траектория и схема запуска в обоих случаях одинакова, различия только в наличие ПВРД или ТБ (рис. 13, рис. 14) Для реализации 1 варианта необходима разработка ПВРД с диапазоном скоростей от 0.8– 5 маха, либо оснастить существующий ПВРД пороховым ускорителем, позволяющим разогнать систему до скорости в 1 мах. Этапы запуска 1 варианта: 1 этап – запуск системы ВС с помощью самолета-носителя, потолок которого 12 километров; 2 этап – когда система достигнет 12 км и скорости 850км/ч (240 м/c), то запускается ПВРД, топливом для которого служит керосин, поступающий из топливной системы самолета (экономия массы РБ на величину массы топлива, взятого из баков самолета) Когда подъемная сила РБ будет достаточна для расстыковки, то начинается этап разделения системы РБ + КС и самолета-носителя, который возвращается на аэродром базирования; 3 этап- РБ + КС набирают высоту до 35 км и скорость не менее 3км/с; 4 этап – при заданной высоте и скорости запускается двигатель КС, и проходит процесс расстыковки КС + РБ; 5 этап – выход КС на орбиту при первой космической скорости (7,9 км/с); Этапы запуска 2 варианта: 1 этап – запуск системы ВС с помощью самолета-носителя, потолок которого 12 километров; 2 этап – когда система достигнет 12 км и скорости 850км/ч (240 м/c) и когда подъемная сила КС будет достаточна для расстыковки, то который возвращается на аэродром базирования; 3 этап – разгон системы ТБ + КС до 5 махов (1701 м/с); 4 этап – при заданной скорости проходит процесс расстыковки КС + РБ, разгон КС до 23-24 махов; 5 этап – выход КС на орбиту при первой космической скорости (7,9 км/с) Самолет - носитель: Для выбора самого оптимального самолета – носителя рассмотрю несколько кораблей, их характеристики и сравню их Stratolaunch Model 351 Roc ("Птица Рух") – является самым крупным по размаху крыла, превышает 117 м, максимальная скорость – 304 км/ч, потолок – 10 - 11 км, максимальная взлетная масса – 590 т., вес пустого самолета – 226 т., масса полезной нагрузки – 250 т. (рис. 15) Ан-124 «Руслан» - потолок - 11 600 м., крейсерская скорость – 865 км/ч, максимальная нагрузка – 150 т. Минусом данного варианта является его киль, который не позволяет провести расстыковку КС и самолета-носителя. (рис. 16) Ан-225 «Мрия» - масса полезной нагрузки – от 300 т., максимальная скорость – 850 км/ч, потолок – 11 км. Преимуществами данного варианта является его Т – образный киль, позволяющий провести расстыковку с КС, и то, что он был создан специально для перевозки челнока. (рис. 17, рис. 18) Среди данных самолетов наиболее подходящим является Ан-225 «Мрия». Варианты запуска: Как было изложено ранее, существует 2 варианта вывода КС на орбиту: с ПВРД или с ТБ. Для того, чтобы выбрать один из вариантов, необходимо их сравнить и перечислить преимущества и недостатки каждого. 1 вариант: Недостатками данного варианта является то, что необходима разработка универсального ПВРД, который мог бы работать в широком диапазоне скоростей, либо оснащение системы ПВРД пороховыми двигателями; спасение РБ 2 вариант: Недостатками данного варианта является то, что во время выхода системы на орбиту осуществляется большая нагрузка на двигатель КС; вопрос о спасении ТБ. Так как еще не существует универсального ПВРД, то я склоняюсь ко 2 варианту, то есть с наличием ТБ. Описание космического самолета: Идея разработки КС состоит в том, что он предназначен для научно-исследовательских, туристических и тренировочных целей. КС - очень дорогое удовольствие, и, чтобы под каждую из задач не делать свой аппарат, предлагается создать несколько многофункциональных и специализированных сменных блоков (капсул), которыми будет оснащаться КС в зависимости от поставленной задачи. Этот блок устанавливается в отсек, который ранее, в таких самолетах как «Буран» и легкий космический самолет (далее ЛКС) В.Н. Челомея позиционировался как грузовой. (рис. 19, рис. 20) КС предназначен для проведения следующих работ: -исследования поведения и адаптации живых организмов и растений в невесомости; - проведение экспериментов в невесомости по материаловедению и кристаллографии; -изучение влияния невесомости на организм человека; -проведение краткосрочных тренировок экипажей космонавтов (адаптация, тренировки с исследовательским оборудованием); -производство медицинских препаратов; -проведение программ космического туризма; -военные программы; -уборка космического «мусора»