СПОСОБ СОЗДАНИЯ ТЕПЛОВОГО КАНАЛА ДЛЯ ВЫВОДА ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА НА ОКОЛОЗЕМНУЮ ОРБИТУ С ПОМОЩЬЮ "ПУШЕЧНОГО" СТАРТА Российский патент 2011 года по МПК B64G5/00 B64G1/00 

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для запуска с Земли как беспилотных, так и пилотируемых воздушно-космических аппаратов.

В настоящее время одним из перспективных направлений вывода полезной нагрузки на околоземную орбиту считается «пушечный» старт, т.е. вывод полезной нагрузки на околоземную орбиту с помощью электромагнитной или газодинамической пушки. В этом случае аппарат с полезной нагрузкой разгоняют до скорости порядка 10 км/с. Однако при вылете из пушки происходит интенсивное снижение скорости летательного аппарата вследствие высокой плотности атмосферы вблизи поверхности Земли. (RU 2343091 2009.01.10; RU 2239586 C3 2002.11.27; IEEE Transaction on Magnetics, vol. MAG-20. No 2. Mach 1984, pp.227-228; US 5950543 A, 14.09.1999; US 4795113 A, 03.01.1989; US 4881446 A, 21.11.1989; Шибанов Анатолий. Заботы космического архитектора. - М.: Детская литература, 1982, с.14-16, 28, 29).

При разработке перспективных образцов ракетно-космической техники возникает необходимость обеспечения потребных аэродинамических характеристик, а именно низкого коэффициента лобового сопротивления и заданного аэродинамического качества. Традиционными способами, например путем совершенствования геометрии летательного аппарата, этого достичь невозможно.

Известен способ выведения воздушно-космического аппарата на околоземную орбиту (RU 2343091 2009.01.10), в котором для снижения силы лобового сопротивления воздушно-космического аппарата при полете в плотных слоях атмосферы используется тепловой канал, который создается в атмосфере в момент вылета аппарата из пушки ((1) фиг.1) с помощью наземного лазерного комплекса ((2) фиг.1) через зеркало ((3) фиг.1), посредством светодетонационного режима поглощения лазерного излучения ((4) фиг.1) в атмосферном воздухе, находящемся в пределах луча.

Недостатком указанного прототипа является то, что лазерный луч ((4) фиг.1) направляется через зеркало ((3) фиг.1), находящееся в атмосфере или околоземном космическом пространстве, при этом не рассмотрены пути решения задач ориентирования и удержания в неподвижном состоянии зеркала в течение промежутка времени, пока не будет создан тепловой канал необходимой длины (RU 2343091 2009.01.10).

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение системы создания теплового канала за счет отказа от присутствия в атмосфере или околоземном космическом пространстве технических устройств для передачи основного лазерного луча.

Этот технический результат достигается тем, что для упрощения системы создания теплового канала, необходимого для снижения высокого лобового сопротивления при полете в плотных слоях атмосферы воздушно-космического аппарата, используется два лазерных луча.

Сущность изобретения поясняется фиг.2, 3, 4 и 5.

На фиг.2 изображен момент перед запуском воздушно-космического аппарата. Основной лазерный луч надпороговой интенсивности (4), создаваемый с помощью наземного лазерного комплекса (2), через зеркало ((6) фиг.3), расположенное на мембране пушки ((7) фиг.3), направляется соосно стволу пушки (1). Инициирующий лазерный луч (5) направляется таким образом, что на границе реализуемости светодетонационного режима на высоте Н образуется область ((8) фиг.4), где интенсивность лазерного излучения достаточна для пробоя воздуха. В области совмещения двух лазерных лучей ((8) фиг.4) происходит пробой воздуха, и возникают условия для начала светодетонационого режима поглощения лазерного излучения основного луча надпороговой интенсивности (Полонский Л.Я., Пятницкий Л.Н. Сплошные протяженные лазерные искры в воздухе. / Оптика атмосферы. №7 1988, стр.86-92).

На фиг.5 показана схема движения светодетонационной волны (9) навстречу лазерному излучению основного луча (4). Светодетонационная волна распространяется со скоростью порядка 100 км/с. В следе волны образуется тепловой канал (10) с высокой температурой и пониженной плотностью. В момент выхода воздушно-космического аппарата из пушки светодетонационная волна (9) дошла до зеркала. Таким образом, по оси пушки до высоты H (фиг.2) образовался тепловой канал (10) с высокой температурой и пониженной плотностью.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипами показывает, что создание теплового канала посредством светодетонационного режима поглощения лазерного излучения в атмосферном воздухе с помощью двух лазерных лучей (основного и инициирующего) позволяет не только добиться значительного снижения силы лобового сопротивления при прохождении летательным аппаратом плотных слоев атмосферы до тех пор, пока органы управления аппарата удерживают его в тепловом канале (RU 2343091 2009.01.10), но и позволяет упростить систему создания теплового канала за счет отказа от применения в атмосфере или околоземном космическом пространстве технических устройств для передачи основного лазерного луча.

Предлагаемый способ позволяет отказаться от применения в атмосфере или околоземном космическом пространстве технических устройств для передачи основного лазерного луча.

Изобретение касается старта воздушно-космических аппаратов (ВКА) с поверхности планет. Способ включает старт ВКА из электромагнитной или газодинамической пушки с одновременным созданием теплового канала для снижения силы лобового сопротивления при прохождении ВКА плотных слоев атмосферы. При этом в момент перед запуском ВКА с помощью наземного комплекса генерируют основной лазерный луч надпороговой интенсивности. Этот луч направляют по оси пушки через зеркало, расположенное на мембране пушки. Дополнительно направляют инициирующий лазерный луч таким образом, чтобы в месте совмещения основного и инициирующего лучей образовалась область, в которой интенсивность лазерного излучения достаточна для пробоя воздуха. Тем самым возникают условия для начала светодетонационного режима поглощения лазерного излучения основного луча вдоль оси пушки. Светодетонационная волна, образующая указанный тепловой канал, должна дойти до зеркала (на мембране, у среза ствола) как раз в момент выхода ВКА из пушки. Технический результат изобретения состоит в упрощении средств создания теплового канала для снижения силы лобового сопротивления ВКА путем отказа от применения в атмосфере или околоземном космическом пространстве высотных средств для переотражения основного луча, создающего тепловой канал. 5 ил.

Способ выведения воздушно-космического аппарата на околоземную орбиту с использованием теплового канала для снижения силы лобового сопротивления и снижения потерь скорости при прохождении летательным аппаратом плотных слоев атмосферы на основе старта из электромагнитной или газодинамической пушки, установленной под углом к горизонту, обеспечивающим необходимую заданную начальную траекторию движения аппарата, отличающийся тем, что в момент перед запуском аппарата основной лазерный луч надпороговой интенсивности, создаваемый с помощью наземного лазерного комплекса, через зеркало, расположенное на мембране пушки, направляют соосно стволу пушки, а инициирующий лазерный луч направляют таким образом, чтобы в области совмещения основного и инициирующего лучей образовалась область, где интенсивность лазерного излучения достаточна для пробоя воздуха и возникновения условий для начала светодетонационного режима поглощения лазерного излучения основного луча, а в момент выхода воздушно-космического аппарата из пушки светодетонационная волна дошла до указанного зеркала и образовался тепловой канал, позволяющий отказаться от присутствия в атмосфере или околоземном космическом пространстве технических устройств для передачи лазерного излучения основного лазерного луча.