Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США

Ракета «Пегас»

Запуск ракеты с борта самолета предоставляет как энергетические, так и эксплуатационные преимущества перед ТКС наземного базирования. К первым следует отнести следующие:

— увеличение грузоподъемности за счет использования кинетической и потенциальной энергии самолета-носителя;

— снижение аэродинамических нагрузок из-за меньшей плотности атмосферы на высоте сброса и, как следствие, уменьшение массы конструкции ракеты;

— повышение эффективности маршевого двигателя первой ступени за счет улучшения его высотных характеристик и другие.

Мобильность и относительная простота эксплуатации такой авиационно-космической системы позволяют оперативно и достаточно скрытно производить запуски спутников, причем практически без ограничений по азимутам трасс, по погодным условиям и т.п.

Подобные возможности не могли ни привлечь внимания военных. Еще в конце 1950-х годов ВМС предпринимают несколько безуспешных попыток запусков многоступенчатой твердотопливной ракеты с истребителя F-4. В 1960-х годах изучаются возможности использования стартующего с самолета В-52 ракетоплана Х-15 для разгона и запуска модифицированной ракеты «Голубой Скаут».

Но, как отмечают историки корпорации «Orbital Sciences», основным прототипом предложенной ТКС следует считать экспериментальную ракету ASAT, предназначенную для уничтожения спутников на низких орбитах. В качестве самолета-но-сителя этого ракетного комплекса, испытания которого проводились в середине 1980-х годов, использовался истребитель F-15.

Однако отличительной особенностью новой РН, названной «Пегас», стала крылатая первая ступень, обеспечившая стабильный горизонтальный полет с аэродинамическим качеством после отделения от самолета (вкл. 47). Кроме того, наличие крыла позволило реализовать более пологую S-образную траекторию выхода на орбиту, характеризуемую снижением гравитационных потерь, меньшими нагрузками на конструкцию и энергетическими затратами на управление.

По предварительным подсчетам, только за счет старта ракеты при скорости самолета М=0,8 на высоте 12 км, где плотность атмосферы вчетверо ниже приземного слоя, энергетические затраты на выведение грузов в космос снижаются на Ю—15%, а масса полезного груза увеличивается на 1—2%.

В результате грузоподъемность системы «Пегас» оказывалась вдвое большей, чем у наземных РН аналогичного класса. При стартовой массе 18 т ракета «Пегас» доставляет на экваториальную орбиту высотой 450 км спутники массой 408 кг, а полярную той же высоты КА массой 272 кг.

Разработка ракеты «Пегас» началась весной 1987 г. без еАиного заказа на запуск. Изначально новая ТКС предназначалась для решения широкого круга задач. Однако наиболь-шую роль в успешном продвижении проекта сыграли военные организации.

В 1988 г. Управление DARPA приступило к реализации программы «Advanced Space Technology Programme», более известной под неофициальным названием «Lightsat» («Легкий спутник»). Кризис национальной космической программы вынуждал искать иные варианты развертывания и восполнения орбитальных группировок военного назначения.

Основной задачей проекта «Lightsat» стала отработка новейших технологий на небольших и дешевых КА. По мнению специалистов Управления, на создание универсальных спутников тяжелого класса уходит значительное время (до 8— 10 лет), при этом элементная база изделий устаревает. Поэтому последние технические новинки в различных областях связи или наблюдения могут быть апробированы только на малых спутниках со сроком разработки 2—3 года.

Для выведения таких аппаратов массой 180—270 кг потребовалась соответствующая ТКС. В наибольшей степени подходящей установленным показателям стоимости и оперативности запуска оказалась ракета «Пегас».

Однако заключенный летом 1988 г. с корпорацией OSC контракт предусматривал оплату только пусковых услуг (по 6—7,3 млн долл. за первые старты). Поэтому, как и разгонный блок TOS, ракета «Пегас» создавалась на средства разработчиков.

Итак, если не считать модернизации моделей уже эксплуатирующихся семейств, то впервые за 20 лет американская промышленность приступила к созданию новой РН, причем беспрецедентно принадлежащей частной компании.

Значительная роль в успешной реализации программы «Пегас» принадлежит крупной двигателестроительной фирме «Hercules Aerospace» (ныне подразделению корпорации «Alliant Techsystems»). После победы в конкурсе на поставку маршевых РДТТ эта фирма согласилась на финансирование разработки всей ракеты. По условиям заключенного между компаниями OSC и «Hercules» соглашения, каждая из них выделила на программу по 30 млн долл.; освоенные в рамках программы технологии будут принадлежать обоим партнерам. Кроме того, компания «Hercules» приобрела часть акций корпорации osc то обеспечило молодой организации определенную стабильность.

Ограниченные финансовые средства и установленный Уп-рарлением DARPA срок первого полета ракеты «Пегас» (середина 1989 г.) вынуждали вести работы в крайне жестком режиме. Проектная группа компании OSC включала всего 35 специалистов, одним из требований при наборе сотрудников было наличие навыков программиста. С учетом субподрядчиков общее количество занятых в программе людей не превышало 80 человек.

Принципы экономии, простоты и надежности не могли не отразиться и на конструкции ракеты «Пегас». Данная ТКС проектировалась на уже освоенцой элементной базе, позволявшей до минимума сократить стендовую отработку. Бортовые системы за исключением самоликвидации не дублировались. Испытательный полет не предусматривался.Ракета «Пегас» длиной 15,5 м представляет собой сборку трех твердотопливных ступеней, из которых две нижних имеют диаметр 1,27 м, третья — диаметр 0,96 м. Верхняя ступень с приборным отсеком закрывается двухлепестковым обтекателем с диаметром, соответствующим размеру нижних ступеней. Обтекатель, как и все маршевые РДТТ ракеты, изготавливаются фирмой «Hercules» (далее «Alliant») из композиционных материалов. Общая доля композитов в массе конструкции ракеты составляет 94%, алюминия 5%, а 1% приходится на титановые сплавы.

При разработке РДТТ ракеты «Пегас» использовались достаточно консервативные конструкторские подходы в сочетании с широким использованием элементов, отработанных в Рамках таких программ, как «Дельта-2», «Трайдент» и других. В целях упрощения проектных работ запас, прочности для изделий был принят равным 1,4.

Маршевые РДТТ снаряжались полибутадиеном НТРВ, по составу схожим тому, который применяется в ускорителях Ракет «Дельта-2» и на ступенях БРСД «Першинг-2». Дан-Ное топливо относится к недетонирующим зарядам класса «1.3», что позволило существенно упростить предстартовую Подготовку ракеты и уменьшить площадь технической порции. Так, например, по требованиям безопасности, помещения, где проводится обслуживание РДТТ с таким заря-Дом, должны отстоять от других зданий на расстоянии 72 м, тогда как для детонирующих топливо класса 1.1 этот пока-затель определяется в 400 м.

Корпуса РДТТ всех ступеней ракеты «Пегас» изготавливаются из углеродно-волоконного материала, нижнее днище с критическим сечением — из трехмерного углерод-углеродного композита, углерод-фенольные сопла усилены углерод-эпоксидной тканью. На двигателе первой ступени используется фиксированное сопло, РДТТ верхних, ступеней комплектуются качаемыми соплами с электромеханическими приводами. Масса снаряжаемого топлива и средняя тяга двигателя первой ступени составляют 12,1т и 50,7 т, РДТТ второй ступени — 3 т и 12,6 т, РДТТ третьей ступени — 0,77 т и 4 т соответственно.

При намотке корпуса двигателя первой ступени в него закладывается алюминиевая вставка для крепления треугольного крыла размахом 6,7 м (дельтавидная форма позволяет уменьшить смещение центра давления при сверхзвуковых скоростях). Крыло имеет угол стреловидности 45° и срезанные за-концовки, обеспечивающие более равномерное обтекание. Профиль крыла ромбовидный с относительной толщиной 10%, радиус передней кромки составляет 2,54 см. Для облегчения сборки участки с узлами крепления на нижней и верхней поверхностях плоские, толщина крыла в этих местах 20,3 см.

Крыло спроектировано фирмой «Scaled Composites», специализирующейся на конструировании летательных аппаратов из композитов. Внешние поверхности крыла, масса которого составляет 270 кг, изготовлены из углеродно-волоконного материала; внутренний объем занимает пенообразный наполнитель.

Управление полетом ракеты «Пегас» на участке работы первой ступени осуществляется аэродинамическими средствами: цельноповоротными стабилизаторами и килем. Все управляющие поверхности с силовыми приводами смонтированы на хвостовой юбке, выполненной из алюминиевого сплава. Управление по крену при работе верхних ступеней и пространственную ориентацию РН на пассивном участке полета обеспечивают шесть реактивных сопел, работающих на газообразном азоте.

В целях снижения стоимости разработки многие компоненты бортового электронного оборудования ракеты «Пегас» были заимствованы с уже эксплуатирующихся изделий. Так, например, система, наведения с лазерным гироскопом создавалась фирмой «Litton» на основе блоков, применяющихся на противолодочных торпедах. Прототипом основной БЦВМ фирмы «Aitech» послужил компьютер системы управления огнем израильского танка. Для обработки данных о функционировании различных агрегатов и блоков на ракете устанавливалось 15 микропроцессоров.

^{Ракета «Пегас»:
1 — переходник полезного груза, 2 — приборный отсек, 3 — узлы стыковки.второй и третьей ступеней, 4 — приводы поворота сопел РДТТ второй и третьей ступеней, 5 — узлы подвески ракеты к самолету, 6 — гаргрот, 7 — привод поворота киля, 8 — РДТТ первой ступени, 9 — плоскость стыковки первой и второй ступеней, 10 — узлы крепления переходника, 11 — РДТТ второй ступени, 12 — РДТТ третьей ступени, 13 — головной обтекатель, 14 — бак с азотом, 15 — реактивные сопла системы управления}

<<<Назад Страница 132 Далее>>>