СПОСОБ ЗАПУСКА МНОГОРАЗОВОЙ АВИАКОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 1995 года по МПК B64G1/14 

Изобретение относится к авиакосмической технике.

Известен способ запуска орбитального самолета, состоящий в заправке баков носителя топливом, включение двигателей носителя и последующий вывод самолета на орбиту [1]
Недостаток способа функциональная ограниченность.

Известен способ запуска многоразовой космической системы, включающий предстартовую заправку разгонной и орбитальной ступеней, запуск двигателей разгонной ступени, старт системы и последующий полет в состыкованном состоянии, разделение ступеней [2]
Известный способ ограничивает эксплуатационные возможности системы, поскольку не позволяет при старте составного самолета с одного аэродрома выводить полезные грузы на околоземные орбиты существенно различного наклонения. Указанное ограничение связано с необходимостью доставки полезного груза, например, воздушно-космического самолета (ВКС) в начальную точку траектории автономного полета, находящуюся в плоскости расчетной орбиты. Поскольку носитель имеет ограниченные объемы топливных емкостей, то в одном крайнем случае запаса топлива для доставки ВКС в начальную точку траектории автономного полета может оказаться недостаточно, а в другом крайнем случае объем топливных емкостей должен быть нереально большим.

Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей многоразовой авиакосмической системы, а именно обеспечение возможности введения полезного груза на околоземные орбиты различного наклонения с одного места старта.

Поставленная задача решается тем, что по способу запуска многоразовой авиакосмической системы в составе двух ступеней: самолета-носителя и ВКС, включающему предстартовую заправку их топливных емкостей, запуск двигателей самолета-носителя, старт и последующий полет в состыкованном состоянии, разделение ступеней, в процессе полета топливо к двигательной установке самолета-носителя направляют из топливных емкостей ВКС, а перед разделением ступеней производят дозаправку топливом ВКС до полного заполнения его емкостей, используя для этого стартующий с аэродрома самолет-заправщик.

Пример осуществления способа.

Пусть ВКС имеет сухую массу 75 т и его баки вмещают при полной заправке 310 т жидкого топлива для питания бортового ракетного двигателя, указанная масса включает 235 т жидкого кислорода, 15 т жидкого водорода и 60 т керосина. Перед стартом ВКС устанавливают на самолет-носитель, снабженный воздушно-реактивными двигателями (ВРД) с питанием от бортовых баков, которые рассчитаны на вместимость 20 т керосина. После установки ВКС на носитель их стыкуют в составной самолет, при этом систему питания ВРД носителя соединяют гидравлически с керосиновым баком ВКС. Составной самолет заправляют топливными компонентами в следующих количествах: кислородный бак ВКС 20 т, водородный бак ВКС 15 т (т.е. полностью), керосиновый бак ВКС 60 т (полностью), керосиновые баки носителя 20 т (полностью).

После заправки и предполетной подготовки составного самолета осуществляют запуск ВРД носителя. Совершив разбег, носитель с ВКС поднимается в воздух, после чего ВРД носителя переводят в крейсерский режим, и составной самолет осуществляет полет к плоскости расчетной орбиты ВКС, находящейся на удалении 1000 км от места старта. Все это время, начиная от запуска, ВРД носителя питают керосиновым топливом, расходуя его из бака ВКС, так что запас топлива на борту носителя (20 т) остается неизменным.

До выхода составного самолета в район плоскости орбиты ВКС осуществляют взлет (с другого аэродрома) танкера, в баках которого содержится 215 т жидкого кислорода и 50 т керосина для предстоящей заправки ВКС с учетом массы расходуемого топлива ВКС до и в процессе заправки (естественно, что в баках самолета-заправщика-танкера содержится также топливо для его бортовых ВРД). Танкер совершает полет в район встречи с составным самолетом, находящийся вблизи плоскости орбиты ВКС, где указанные летательные аппараты сближают, соединяют топливными системами в единый авиационный комплекс и включением перекачивающих насосов осуществляют дозаправку составного самолета от танкера. В результате этой операции (занимающей несколько минут) в баках ВКС оказывается 235 т кислорода и 60 т керосина (в дополнение к имеющимся 15 т водорода), а в баке носителя оказывается по-прежнему 20 т керосина.

После того, как заправка ВКС с носителем от танкера завершена, топливные системы указанных летательных аппаратов разобщают, и каждый из них продолжает полет самостоятельно на тяге собственных бортовых двигателей с питанием от своих топливных баков. Танкер и носитель берут курс на аэродромы базирования, а ВКС переходит на траекторию выведения в космос. В начале этого пути ракетные двигатели ВКС питают кислородно-керосиновым топливом, а после израсходования керосина его сменяют водородом. Примерно через 10 мин от начала самостоятельного полета ВКС, выработав бортовое топливо, выходит на расчетную околоземную орбиту. Носитель к этому времени проходит лишь часть пути к месту старта, где спустя около 1 ч полета совершает посадку.

Технический результат от изобретения определяется прежде всего тем обстоятельством, что при использовании предложенного способа объем топливных баков самолета-носителя может рассчитываться из необходимости автономного возвращения самолета-носителя из района воздушной заправки к месту старта (или на другой, более близкий аэродром), что позволяет проектировать самолет-носитель из условия полета МАКС на максимальный параллакс. При полете на нулевой параллакс этот самолет-носитель обеспечивает те же характеристики МАКС (массу полезного груза), что и аппарат, специально спроектированный на нулевой параллакс. Таким образом, изобретение обеспечивает универсальность самолета-носителя и МАКС в целом без снижения энергетических характеристик. Этому техническому результату сопутствует уменьшение размеров и массы самолета-носителя и составного самолета, что удешевляет авиакосмическую систему, а также повышает надежность ее функционирования: меньшие размеры составного самолета упрощают операции сближения, соединения и взаимной ориентации летательных аппаратов при воздушной заправке.

Приведенный выше конкретный пример не исчерпывает всех возможных случаев реализации предложенного способа. В частности, может оказаться необходимым или целесообразным расходовать при полете составного самолета часть бортового запаса топлива самолета-носителя в дополнение к расходу из баков ВКС.

Способ запуска многоразовой авиакосмической системы, состоящей из воздушно космического самолета (ВКС), самолета носителя и самолета танкера, включает предстартовую стыковку ВКС с самолетом носителем в составной самолет с частичной заправкой его топливом, запуск двигателей носителя и взлет составного самолета, взлет танкера с топливом для ВКС, полет в заданный район составного самолета и танкера, их сближение и соединение топливными системами в авиационный комплекс, дозаправку составного самолета от танкера и разделение авиационного комплекса на составляющие аппараты с дальнейшим их самостоятельным полетом. При этом двигатели носителя, состыкованного с ВКС, питают от топливной системы ВКС.

СПОСОБ ЗАПУСКА МНОГОРАЗОВОЙ АВИАКОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ в составе двух ступеней: самолета-носителя и воздушно-космического самолета, включающий предстартовую заправку их топливных емкостей, запуск двигателей самолета-носителя, старт и последующий полет в состыкованном состоянии, разделение ступеней, отличающийся тем, что в процессе полета в состыкованном состоянии ступеней топливо к двигательной установке самолета-носителя направляют из топливных емкостей воздушно-космического самолета, а перед разделением ступеней производят дозаправку топливом воздушно-космического самолета до полного заполнения его емкостей, используя для этого стартующий с аэродрома самолет-заправщик.