Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США - Проекты МТКС военного назначения (часть 2)

Проекты МТКС военного назначения (часть 2)

На первом этапе эксплуатации аппарата SMV компания «Boeing» предлагает в качестве средства его выведения использовать разрабатываемую ею ракету «AirLaunch» («Воздушный старт»), запускаемую с борта самолета «Боинг-747». Эта РН представляет собой сборку двух РДТТ «Кастор-120» с небольшим разгонным блоком (все двигатели для системы заказаны фирме «Thiokol»). При этом первая ступень оснащается треугольным крылом и хвостовым оперением.

^{Авиационно-космическая система "AirLaunch"}

Полет ракеты «AirLaunch» должен проводиться по следующей схеме. Отделение от самолета-носителя планируется выполнять на высоте 5,4—9 км при скорости М=0,7—0,75. После свободного планирования в течение 30—40 с, необходимых для безопасного удаления самолета на расстояние 6,5—8 км, будет осуществлен запуск РДТТ первой ступени (к этому моменту высота полета изделия снизится на 600—900 м). При достижении скорости М=0,92 (примерно на 5-й секунде полета) производится сброс, крыла и блока хвостового оперения.

К достоинствам авиационно-космического комплекса «AirLaunch» следует отнести широкие возможности по формированию орбит с различными наклонениями, высокую мобильность и оперативность применения. Кроме того, в отличие от обычных средств выведения наземного базирования, имеющих достаточно ограниченные по времени интервалы для осуществления стартов, данная ТКС позволит практически круглосуточно производить запуски аппаратов на любые орбиты.

В то же время прорабатываются и другие варианты транспортных систем воздушного старта. В 2001 г. специалисты Исследовательской лаборатории ВВС AFRL (Air Force Research Laboratory) получили патент на «пневматический контейнер модульного типа для запуска ракет с борта самолета» (modular cargo aircraft pneumatic launch tube).

Габариты предлагаемого контейнера допускают размещение в нем легкой ракеты-носителя с небольшим крылатым аппаратом. В отличие от модели Х-37этот ВКС должен иметь более простую конструкцию. В частности, для его приземления предлагается использовать парашютную систему. Отказ от самолетной посадки на аэродромную полосу не только снизит массу изделия (из-за отсутствия шасси), но и существенно расширит диапазон траекторий спуска.

Спроектированный контейнер может применяться в составе обычных транспортных самолетов типа С-141В, С-5Аили С-17А. Старт ракеты рассчитывается производить на высоте 12 км при скорости 850 км/ч. Такие начальные условия позволят примерно на 10% повысить грузоподъемность транспортной системы.

За счет универсальной конструкции контейнера планируется существенно сократить период предстартовой подготовки — на его монтаж в грузовом отсеке самолета отводится около суток. При этом затраты, связанные с обеспечением старта, оцениваются в 3—5 млн долл.

Концепция новой авиационно-космической системы находится на начальной стадии проработки. Для завершения проектных изысканий и подготовки к производству опытных моделей системы, в том числе и ВКС, в течение ближайших четырех лет потребуется израсходовать около 500 тыс. долл. Общая же стоимость программы оценивается в 200 млн долл.

В перспективе для выведения аппаратов SMV планируется применять более мощные разгонные ступени. Компания «Boeing» подготовила проект транспортной системы вертикального взлета и посадки. По своей схеме эта ступень аналогична экспериментальному аппарату «Delta Clipper-Х» (DC-X), который был разработан и испытан компанией в начале 1990-х годов. Сборка такой системы с аппаратом SMV, изучавшаяся в рамках программы ITT, получила название «Flying System Tested».

По заказу ВВС компания «Lockheed Martin» также выполнила аналогичные изыскания по первой ступени военной МТКС. Наиболее предпочтительным был признан вариант создания ракетоплана на базе аппарата Х-33 с вертикальным стартом и горизонтальной посадкой. Данное изделие разрабатывалось компанией для NASA в 1996—2001 гг. (Описания аппаратов DC-X и Х-33 представлены в главе 4.)

Наиболее оптимальной, но и самой сложной для реализации схемой стартовой ступени МТКС является гиперзвуковой самолет-разгонщик, оснащенный силовой установкой с ВРД. Несмотря на то что сроки реализации подобных проектов в настоящее время ориентировочно определяются 2020— 2030 гг., концептуальные и проектно-конструкторские исследований по таким трансатмосферным аппаратам ведутся уже достаточно долго.

В 1998 г. были опубликованы результаты работы специалистов Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory) по гиперзвуковому самолету «HyperSoar» («Гиперзвуковое планирование»), который может стать основным элементом перспективной ТКС военного назначения (вкл. 11). Новый аппарат проектировался как многоцелевая система, способная в автоматическом режиме оперативно решать различного рода задачи, в том числе: проведение разведывательно-ударных операций (предполагается, что изделие будет выходить в любой район планеты за два часа), разгон боевых платформ с различным вооружением, разгон ракетных блоков с космическими аппаратами, транспортировка грузов, в том числе коммерческая, и т.п.

Аппарат «HyperSoar», рассчитанный на горизонтальный старт и посадку, будет иметь следующие характеристики:

— взлетная масса — 225 т;

— масса топлива — 156,2 т;

— «сухая» масса— 52,5 т, в том числе: масса конструкции — 42,72 т, масса двигательной установки — 9,78 т;

— длина — 65 м;

— ширина — 24 м;

— масса полезного груза:

при доставке на расстояние 10 тыс км — 45 т,

при доставке на расстояние 14 тыс км — 5 т,

при выведении на околоземную орбиту высотой 500 км — 13,5 т.

Аппарат «HyperSoar» должен оснащаться комбинированной силовой установкой, способной работать в режиме как ракетного, так и воздушно-реактивного двигателя. Старт изделия обеспечат кислородно-водородные ЖРД, работающие с некоторым потреблением атмосферного кислорода. После разгона аппарата до скорости М=2—3 установка будет последовательно переключаться в режимы ПВРД, СПВРД и обычного ЖРД.

При достижении скорости М=10 на высоте примерно 40 км двигатели будут отключены, и аппарат перейдет в планирующий полет по волнообразной траектории на высотах 40—60 км, то есть на границе атмосферы. Для обеспечения требуемой дальности и бокового маневра на каждом цикле в нижней точки траектории должны производиться запуски силовой установки в режиме СПВРД. Ожидается, что включение двигателей продолжительностью около 20 с придется проводить через каждые 400 км.

Если же задачей полета является выведение спутников на орбиту, то разгонный блок с этими объектами будет отделяться от самолета в конце первого активного участка после достижения скорости М=12. При этом удельные затраты на транспортировку грузов в космос не должны превысить 2200 долл./кг.

Волнообразная (или рикошетирующая) траектория движения аппарата «HyperSoar» позволит снизить тепловые нагрузки на изделие. Поскольку большую часть времени полета (около 65%) изделие будет находиться за пределами атмосферы, то это даст возможность не только уменьшить аэродинамический нагрев, но и увеличить продолжительность радиационного теплообмена. Максимальная температура на носке аппарата, передних кромках несущих поверхностей и воздухозаборников составит около 1650 °С.

Ключевой же проблемой при разработке аппарата «Hyper-Soar» считается создание комбинированной силовой установки с тяговооруженностью 20—30 единиц. В качестве базового изделия для расчета самолета был принят проект ракетно-пря-моточного двигателя «Strutjet», который разрабатывается фирмой «Aerojet» по заказу NASA. Энергетические характеристики данной установки оцениваются как умеренные, в частности показатель ее тяговооруженности составляет 23 единицы.

Согласно заявлениям представителей Лаборатории LLNL для создания масштабной модели аппарата «HyperSoar» в течение 3—5 лет необходимо около 500 млн долл. После получения от независимых экспертов положительной оценки о реализуемости проекта руководство Стратегического командования США рекомендовало Управлению перспективных разработок Министерства обороны DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) поддержать в финансовом отношении работы по созданию демонстрационного образца этой транспортной системы.

Практическая реализация этого проекта началась летом 2002 г. с рассылки промышленным компаниям запроса на подготовку предложений по масштабной модели аппарата «HyperSoar». Из требований, определенных Управлением DARPA для новой ТКС, в печати публиковались следующие:

— система эксплуатируется в пилотируемом режиме;

— максимальная скорость полета М=10;

— диапазон высот планирования 30—60 км;

— масса полезного груза, доставляемого на низкую орбиту с использованием дополнительных разгонных блоков, 1 т.

<<<Назад Страница 18 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz