СПОСОБ ВЫВОДА НА КОСМИЧЕСКУЮ ОРБИТУ ПОЛЕЗНОГО ГРУЗА Российский патент 1999 года по МПК B64G1/14 

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для транспортировки полезных грузов при создании крупногабаритных орбитальных космических комплексов нового поколения.

Известен способ вывода на орбиту полезного груза [1], расположенного на решетчатой ферме с полигональным поперечным сечением, боковые грани которой выполнены в виде звеньев Х-образной формы, дополнительные силовые элементы установлены в плоскостях, параллельных полигональному поперечному сечению фермы, и жестко соединены с осями шарниров равноплечих рычагов.

Известен способ доставки полезного груза в отсеке-платформе ракеты [2], содержащего размещенные одна в другой и соединенные между собой внутреннюю и внешнюю силовые оболочки с торцовыми шпангоутами. Полезный груз крепится к опорным кронштейнам с помощью узлов крепления элементов полезного груза.

Ближайшим аналогом является способ доставки полезного груза на орбиту с помощью космического транспортного устройства многоразового использования [3] , содержащего несколько модулей, которые с возможностью разъединения могут компоноваться в транспортные системы различной конфигурации, двигатели которого создают тягу, позволяющую вывести полезную нагрузку с заданной массой на заданную высоту с требуемой скоростью.

Недостатками всех перечисленных способов является невозможность доставки на орбиту готовых крупногабаритных, длинномерных изделий и элементов конструкций.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего обеспечить доставку на орбиту длинномерных изделий и элементов конструкций (ферм, балок и т.д.).

Поставленная цель достигается тем, что в способе доставки полезного груза с помощью ракеты носителя, двигатели которой создают тягу, позволяющую вывести полезный груз с заданной массой на заданную высоту с требуемой скоростью, полезный груз в виде длинномерных изделий входит непосредственно в силовой каркас корпуса ракеты носителя и заключен между внешней и внутренней обшивкой по всей длине корпуса.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показан общий вид ракеты-носителя; на фиг.2 - сечение А-А ракеты-носителя, где:
1 - внешняя обшивка корпуса ракеты;
2 - внутренняя обшивка корпуса;
3 - трехгранные фермы;
4 - кольцевые пояса-ложементы;
5 - головной отсек с оборудованием;
6 - силовая установка (СУ) первой ступени носителя;
7 - СУ второй ступени носителя;
8 - СУ третьей ступени носителя.

Трехгранные фермы группируют в 4 блока-кассеты по 5 ферм в каждом блоке. При этом пустотное пространство как между блоками, так и в самих фермах может быть использовано для прокладки кабельного электросвязного и другого оборудования как в самой ракете-носителе, так и для доставляемого оборудования и полезной загрузки на орбиту для нового космического комплекса.

Силовой каркас корпуса ракеты-носителя состоит из двух основных элементов: вертикального и горизонтального набора. Вертикальный набор составляют стометровые трехгранные фермы, в сечении образующие равносторонний треугольник со стороной приблизительно 500 мм. При этом фермы расположены как бы по периметру окружности поочередно "основанием к вершине". Горизонтальный набор представляют кольцевые пояса-ложементы (наружные и внутренние) с шагом через 20 м. Узлы крепления вертикального набора с горизонтальными поясами-ложементами, с одной стороны, должны удовлетворять всем прочностным характеристикам, с другой стороны, быть легкосъемными, чтобы обеспечить оперативный демонтаж ферм после вывода их на орбиту. Затем силовой набор обшивается.

Расчеты показывают, что при расположении 24-х ферм "основанием" к "вершине" наружный диаметр ракеты-носителя составит 3,5 м. Через каждые 90^o по окружности вместо одной фермы предусматривается полезный объем для размещения оборудования самой ракеты-носителя. Таким образом, на одной ракете-носителе размещается фактически 20 ферм.

Во втором варианте: при размещении 56-ти ферм "вершиной" к "основанию" наружный диаметр ракеты-носителя составит 6,0 м. Таким образом, фактически разместится 52 фермы на одной ракете-носителе.

По традиционной схеме ракета-носитель состоит из нескольких почти автономных ступеней, силовые установки которых срабатывают поочередно и расположены они вдоль по вертикали. Первоначально срабатывает нижняя первая ступень, которая после отработки своего времени отделяется от корпуса ракеты. Затем срабатывает очередная вторая ступень, которая после отработки также отделяется (отстреливается) от корпуса ракеты и так далее. И только последняя оставшаяся ступень выводит оставшуюся часть ракеты-носителя с головным блоком на заданную орбиту.

После выведения ракеты-носителя на орбиту и стыковки со станцией производят демонтаж корпуса ракеты и фермы используют для сооружения в космосе оболочки каркаса купола орбитальной станции. Сам корпус ракеты-носителя используют как переходную галерею для связи обитаемого блока с другими модулями комплекса и прокладки электросвязных коммуникаций. Оставшиеся отъемные части обшивки корпуса ракеты-носителя, панели, агрегаты, прочие узлы и детали также могут использоваться в конструкциях орбитального космического комплекса при сборке его отдельных модулей и блоков непосредственно в космосе.

Предлагаемый способ доставки длинномерных изделий на орбиту может быть осуществлен с помощью модификации следующих ракет-носителей: "Зенит", "Энергия", "Россия" (перспективный носитель НПО "Прогресс", г. Самара) и других.

Предлагается более рациональная схема размещения ступеней с СУ не по вертикали корпуса ракеты, а по радиусу вокруг корпуса ракеты. Первая ступень, состоящая из трех СУ, размещается радиально вокруг корпуса ракеты-носителя через 120^o друг от друга. После отработки положенного времени все три СП ступени отстреливаются.

Вторая ступень также состоит из трех СУ, расположенных радиально через 120^o друг от друга, но сдвинуты по отношению к СУ первой ступени на 60^o (см. 6, 7, 8 на фиг.2). Также после отработки двигатели вместе с обтекателями второй ступени отделяются от корпуса ракеты.

Таким образом, первая и вторая ступени расположены в нижней части ракеты-носителя, как бы в одной плоскости> симметрично черев каждые 60^o.

Третья ступень с СУ расположена в центре (снизу) ракеты-носителя и предназначена для окончательного вывода ракеты на заданную орбитальную траекторию.

Итак, при данной схеме расположения поочередная отработка и отделение СУ всех ступеней не оказывают резкого влияния на центровку и целостность ракеты-носителя, то есть на орбиту выводится вся ракета-носитель с фермами на всю длину.

Источники информации
1. RU 2028971 C1, кл. B 64 G 1/22, 20.02.95.

2. RU 93031366 A1, кл. B 64 G 1/22, 10.01.95.

3. US 4834324 А, кл. B 64 G 1/14, 30.05.89.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для транспортировки полезных грузов (ПГ) при создании крупногабаритных орбитальных комплексов. Предлагаемый способ включает размещение ПГ, используемого непосредственно в качестве элементов силового каркаса корпуса ракеты-носителя (РН) и представляющего собой длинномерные изделия (наприм., фермы), между внешней и внутренней обшивками РН. После выведения на орбиту производят демонтаж корпуса РН, используя ПГ для строительства крупногабаритных космических сооружений. Для РН применяют параллельную схему соединения ступеней, блоки которых располагают вокруг указанного корпуса с ПГ. Изобретение обеспечивает эффективную доставку на орбиту длинномерных изделий и элементов конструкций, уменьшая трудоемкость создания крупногабаритных комплексов на орбите. 2 ил.

Способ вывода на космическую орбиту полезного груза с помощью ракеты-носителя, двигатели которой создают тягу, позволяющую вывести полезный груз с заданной массой на заданную высоту с требуемой скоростью, отличающийся тем, что полезный груз в виде длинномерных изделий, входящих непосредственно в силовой каркас корпуса ракеты-носителя, располагают между внешней и внутренней обшивками по всей длине ракеты.