СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПОЛЕЗНОГО ГРУЗА МНОГОРАЗОВОЙ АВИАЦИОННО-КОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ Российский патент 1998 года по МПК B64G1/14 

Изобретение относится к области авиационно-космической техники многоразового применения.

Известен ряд способов транспортировки полезного груза (ПГ) на орбиту и его возвращения на Землю с помощью многоразовых воздушно-космических транспортных систем (ВКТС), например, "Space Shuttle" [1].

Наиболее близким к изобретению является способ выведения полезного груза на земную орбиту специальной ступенью, включающий разгонный блок и орбитальный блок с полезной нагрузкой и возращение разгонного блока на Землю с помощью орбитального самолета (ОС) [2]. Согласно способу воздушно-космическая транспортная система состоит из двух ступеней. Первая ступень является пилотируемой, оснащена ракетными двигателями и аэродинамическими поверхностями, включая органы управления. Она выводит вторую ступень по суборбитальной траектории в точку расстыковки, после чего ее возвращают на Землю с совершением горизонтальной посадки. Вторая ступень выходит на орбиту с использованием собственных двигателей и стыкуется с орбитальной космической станцией (ОКС). В качестве второй ступени используют либо орбитальный самолет, оснащенный ракетными двигателями, имеющий аэродинамические поверхности, включая органы управления, либо специальную беспилотную ступень, спроектированную таким образом, чтобы система в целом имела приближенно такие же летные характеристики, как если бы в качестве второй ступени был бы орбитальный самолет. Беспилотная ступень конструктивно состоит из одноразовой верхней части, содержащей полезный груз, и многоразовой нижней, оснащенной ракетным двигателем, системами управления, баками для топлива. Размеры беспилотной ступени, позволяют ей поместиться в грузовом отсеке орбитального самолета. Эксплуатация воздушно-космической транспортной системы (ВКТС) проходит в два этапа. На первом этапе (первый старт ВКТС) на орбиту выводят беспилотную ступень и стыкуют с орбитальной космической станцией. На втором этапе (второй старт ВКТС) на орбиту выводят орбитальный самолет, который доставляет на орбитальную космическую станцию другой полезный груз, после чего помещает в грузовой отсек многоразовую часть беспилотной ступени и совершает посадку на Землю.

Недостатком известного технического решения является малый относительный (по отношению к стартовому весу ВКТС) вес полезного груза и невозможность производить спуск с любого витка орбиты с посадкой на своей территории, что снижает вероятность безаварийной посадки, а также ограниченный диапазон азимутов запуска ВКТС.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение возможностей многоразовой аэрокосмической системы и увеличение относительного веса полезного груза, выводимого на орбиту.

Поставленная задача реализуется благодаря тому, что используют независимо действующие летательные аппараты - воздушно-космический самолет и транспортный самолет, причем воздушно-космический самолет базируют на орбитальной космической станции, а транспортный самолет - на наземном аэродроме. Эти летательные аппараты осуществляют старт с своих пунктов базирования, стыковку в атмосфере Земли с последующим обменом грузами во время совместного полета, расстыковку и возвращение на свои пункты базирования.

Указанные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники и, следовательно, решение является новым и имеет изобретательский уровень.

На чертеже представлена схематично многоразовая авиационно-космическая транспортная система.

ЛА-1 - воздушно-космический самолет (ВКС) 1 космического базирования, т. е. орбитальная космическая станция (ОКС) 2 является пунктом его постоянного местопребывания между полетами. ЛА-2 - транспортный самолет (ТС) 3 с постоянным местопребыванием на наземных пунктах базирования 4 между полетами.

Воздушно-космический самолет оснащен ракетными двигателями, гиперзвуковыми воздушно-реактивными двигателями (ГПВРД), имеет аэродинамические поверхности с органами управления, и предназначен для полетов на околоземных орбитах и в атмосфере Земли, причем операции на орбите, вход в атмосферу Земли и выход из нее осуществляются с помощью ракетных двигателей, полет в атмосфере - с использованием подъемной силы аэродинамических поверхностей и ГПВРД.

Транспортный самолет оснащен воздушно-реактивными двигателями (ВРД), прямоточными воздушно-реактивными двигателями (ПВРД) и предназначен для полетов в атмосфере.

Способ осуществляется следующим образом.

Воздушно-космический самолет (ЛА-1) 1 расстыковывают с орбитальной космической станцией (ОКС) 2 и выводят в атмосферу, после торможения в верхних слоях атмосферы и управляемого спуска направляют в район стыковки с транспортным самолетом (ЛА-2) 3 по траектории 5. Транспортный самолет (ЛА-2) 3 после осуществления горизонтального старта направляют в район стыковки с разгоном и набором высоты по траекториям 6. В заданном районе на траектории 7 квази-горизонтального крейсерского полета при заданных высоте и скорости полета осуществляют стыковку ЛА-1 и ЛА-2, во время совместного полета производят обмен полезным грузом для Земли и орбиты, а в случае необходимости заправку топливом ЛА-1, с последующей расстыковкой аппаратов. ЛА-1 осуществляет разгон и выход на заданную орбиту по траектории 8, а ЛА-2 возвращают по траектории 9 на заданный пункт наземного базирования 4.

При реализации способа воздушно-космический самолет ЛА-1 в ходе одного полета в атмосфере могут стыковать с несколькими транспортными самолетами поочередно для осуществления с каждым из них в отдельности совместного полета, в ходе которого может быть произведен обмен полезными грузами, а также выводить на другую орбитальную космическую станцию, в том числе находящуюся на орбите с другим наклонением.

Транспортный самолет в ходе одного полета могут стыковать с несколькими воздушно-космическими самолетами ЛА-1 поочередно для осуществления совместного полета, в ходе которого может быть произведен обмен полезными грузами.

Предложенный способ также позволяет осуществить, во-первых, перелет воздушно-космического самолета с одной орбиты на другую с использованием атмосферы без встречи с транспортным самолетом ЛА-2, во-вторых, доставить полезный груз из одного земного пункта в другой путем его доставки на воздушно-космический самолет одним транспортным самолетом и передачи его другому транспортному самолету во время одного полета воздушно-космического самолета в атмосфере, в третьих, доставить полезный груз с одной орбитальной станции на другую путем его доставки на транспортный самолет одним воздушно-космическим самолетом и передачи его другому воздушно-космическому самолету во время одного полета транспортного самолета.

Применение предлагаемого способа имеет следующие преимущества перед известными.

Применение независимо действующих летательных аппаратов, специализированных на свой диапазон скоростей и высот полета каждый, снижает пассивный вес летательных аппаратов за счет того, что воздушно-космический самолет не имеет посадочных устройств типа шасси, транспортный самолет имеет теплозащиту, достаточную лишь для полетов в атмосфере, летательные аппараты оснащены специализированными двигательными установками, и, следовательно, увеличивает относительный вес выводимого на орбиту полезного груза.

Независимо действующие летательные аппараты обеспечивают большую безопасность в полете, т. к. транспортный самолет оснащен воздушно-реактивным двигателем и может произвести посадку на любом пригодном для этого аэродроме, а воздушно-космический самолет имеет запас высоты и скорости, достаточный для выхода на околоземную орбиту с использованием своих двигателей. При дозвуковых скоростях стыковки можно использовать существующие транспортные самолеты.

Таким образом применение предлагаемого изобретения обеспечивает конструктивную и технологическую эволюцию многоразовых авиационно-космических транспортных систем с учетом перспектив развития авиационно-космической техники и тяговых систем.

Библиография
1. Патент US 3702688 A, 14.11.72.

2. Патент US 3700193 A, 24.10.72.

Изобретение относится к авиационно-космической технике многоразового применения. Согласно изобретению, для транспортировки полезных грузов (ПГ) между Землей и орбитальной станцией используют независимые летательные аппараты: воздушно-космический самолет (ВКС) и транспортный самолет (ТС), причем ВКС базируют на одной или более станциях, а ТС - на одном или нескольких наземных аэродромах, обмен ПГ между ТС и ВКС производят при их совместном полете в атмосфере Земли, осуществляя одну или более стыковок и расстыковок ТС и ВКС, а по завершении каждого цикла обмена ПГ возвращают ТС и ВКС в пункты их базирования (исходные или новые). Предлагаемое изобретение обеспечивает расширение возможностей многоразовой системы и увеличение относительной массы транспортируемых ПГ, содействуя прогрессивной эволюции многоразовых транспортных систем данного типа. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ транспортировки полезных грузов многоразовой авиационно-космической системой, включающий стыковку и совместный полет летательных аппаратов: воздушно-космического самолета (ВКС) и транспортного самолета (ТС) наземного базирования, их расстыковку, а также обмен грузами, транспортируемыми между Землей и орбитальной станцией, через посредство ВКС, отличающийся тем, что ВКС базируют на орбитальной станции, стыковку и совместный полет ВКС и ТС осуществляют в атмосфере Земли, а обмен полезных грузов производят между ВКС и ТС во время их совместного полета, причем по завершении обмена полезных грузов и расстыковки указанные летательные аппараты направляют в пункты базирования. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный обмен полезных грузов производят во время одного полета ВКС при его поочередной стыковке с несколькими ТС. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный обмен полезных грузов производят во время одного полета ТС при его поочередной стыковке с несколькими ВКС. 4. Способ по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что по завершении указанного обмена полезных грузов и расстыковки ВКС направляют для базирования на новую орбитальную станцию, а ТС направляют в новый пункт наземного базирования.