АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2011 года по МПК B64G1/16 B64C39/06 

Изобретение относится к области аэрокосмических транспортных средств и может применяться, в частности, для исследований в ближнем и дальнем космосе, для уничтожения или восстановления потерявших управление автоматических спутников и других искусственных космических объектов, а также для изменения траекторий движения малых небесных тел (например, астероидов) с целью исключения их столкновения с Землей.

Аэрокосмический летательный аппарат (АКЛА) включает в себя сварной корпус в виде силовой несущей рамы, состоящей из стальных стоек, опирающихся на стальные полозья, поперечных и продольных балок, жестко соединенных с ними лонжеронов, к которым крепятся обтекатели из титанового листа в форме двух «чаш», опрокинутых одна на другую. Края «чаш» соприкасаются с крепежным стальным кольцом, жестко соединенным с силовой несущей рамой. Кольцо имеет резьбовые отверстия и три центрирующих штифта, позволяющих правильно установить и крепить к стальному кольцу края нижней и верхней «чаш».

Стальное кольцо крепится к силовой несущей раме со стороны нижней «чаши» с помощью наклонных опор, концы которых приварены к раме и к кольцу посредством уголковых усилителей.

На силовой несущей раме смонтированы ложементы и узлы крепления двигателей силовой установки. В нижней боковой части несущей рамы имеется двенадцать узлов подвески четырех стоек шасси, убирающихся в купола через вырезы в поверхности нижней «чаши». Две передние стойки шасси поворотного типа обеспечивают разворот АКЛА при рулении. Все стойки шасси имеют по два колеса с устройствами торможения и растормаживания колес.

Стойки колесного шасси крепятся так, чтобы их опорные точки были на одинаковых расстояниях от проекции точки центра масс на опорной поверхности с учетом опрокидывающего момента от воздействия тяги при работающих двигателях силовой установки в момент взлета. На случай посадки с убранными колесными шасси предусмотрены стальные полозья с пневмогидравлическими амортизаторами.

Скрепленные одна с другой «чаши»-обтекатели образуют замкнутый объем, который делится на сектора и сегменты, в которых размещаются герметичная кабина для экипажа и научного персонала, системы управления АКЛА и силовой установкой, топливные емкости (баллоны), а также иное оборудование.

Под горизонтальной плоскостью симметрии корпуса АКЛА на силовой несущей раме размещены и закреплены двигатели силовой установки. В состав силовой установки АКЛА входят: четыре подъемно-маршевых двухконтурных ТРД, рядом с ними установлены и крепятся левый и правый маршевые ракетные двигатели и симметрично размещены и крепятся к силовой несущей раме четыре подъемных ракетных двигателя, сопла которых отклонены во внешнюю сторону на расчетный угол.

Маршевые и подъемные ракетные двигатели запитываются водородом (гелием) из бортовых баллонов.

Бортовые баллоны параллельно и последовательно подключаются к системе питания ракетных двигателей.

Отсек силовой установки оборудован системой принудительной вентиляции, для обеспечения работы двигателей в расчетном режиме и противопожарной автоматически срабатывающей системой многократного включения.

Система управления по направлению полета предусматривает использование крайних (первого и четвертого) ТРДД с изменением их тяги, или левого и правого РД при полете в космосе.

Управление по углу места (по высоте) осуществляется отклоняющимися насадками выхлопных сопел четырех ТРДД или двух РД силовой установки, а также двух пар (верхних и нижних) рулей тангажа трапециевидной формы, ось поворота которых совпадает с верхней и нижней кромками обшивки АКЛА.

При вертикальном положении верхних и нижних рулей тангажа одновременно, они выполняют роль тормозных щитков (воздушных тормозов) при полете в воздушном пространстве.

На боковых диаметрально противоположных сторонах по горизонтальной оси симметрии смонтированы поворотные сопла газовых рулей направления и крена (соответственно: «горизонтальное положение», «вертикальное положение» газовых рулей).

Аналогами заявляемого аэрокосмического летательного аппарата - корабля являются: космический пилотируемый корабль «Шатл» (США); космический пилотируемый корабль «Буран» (СССР - Россия) и космический коммерческий пилотируемый корабль «Феникс» (США, 2007-2008 гг.).

Все эти космические аппараты построены по типу самолета - космолета, т.е. они имеют фюзеляж, крыло с органами управления, киль с рулем направления, кабину для экипажа с приборами контроля и органами управления, трехстоечное шасси, силовую установку, состоящую из основных ракетных двигателей и РД коррекции, и тормозные парашюты.

У этих аналогов один общий недостаток: они не предназначены для посещения других планет или спутников, они не могут совершить посадку даже на Луну. Эти космические корабли, преодолев стратосферу, могут лишь пробыть некоторое время в космосе и вернуться обратно на Землю. Их применение весьма ограничено.

Ближайшим аналогом заявляемого аэрокосмического ЛА, вероятно, можно считать «летающие тарелки», которые еще называют НЛО («неопознанные летающие объекты»). Однако, мы - земляне, мало еще знаем об этих летательных аппаратах. Можно лишь предположить, что такая геометрическая форма, какую имеют «летающие тарелки», наиболее приемлема для полета в атмосфере и в космосе, а именно, для больших космических скоростей полета в горизонтальной и наклонной плоскостях, а в вертикальной плоскости при взлете верхняя часть обшивки не создает значительного сопротивления воздуха. Зато нижняя обшивка корпуса АКЛА такого типа может быть более плоская, или даже вогнутая, создает некоторый парашютирующий эффект при снижении (при посадке), уменьшающий скорость снижения в атмосфере, что важно при штатной вертикальной посадке и при аварийной посадке с применением парашютно-реактивной системы. По имеющимся информативным данным выбрать близкий аналог - прототип не представляется возможным.

Поэтому было принято решение о разработке аэрокосмического летательного аппарата (далее АКЛА), который бы обладал и свойствами самолета, летающего в воздушном пространстве и в стратосфере, и свойствами ракетоплана, летающего в космосе и могущего совершать вертикальную посадку на поверхность Земли, другой планеты или спутника.

Данным изобретением предлагается конструкция аэрокосмического летательного аппарата универсального типа, т.к. он рассчитан для полета и в самолетном режиме, и ракетном режиме. Для этого предлагается совмещенная силовая установка, состоящая из 4-х самолетных двухконтурных ТРД, применяемых для самолетов вертикального взлета с отклоняющими вектор тяги насадками (например, такими, как у самолета Як-141), и 2-х ракетных двигателей, работающих на сжиженном водороде из бортовых баллонов.

Натурные испытания и разведывательные полеты в стратосфере и в космосе позволили бы нам получить подтверждение научных данных и получить необходимую и более подробную информацию о свойствах ближнего космоса, а в перспективе и дальнего, а также о свойствах атмосфер ближних планет и их спутников.

Это также аргумент в пользу создания аэрокосмического ЛА заявленной конструкции.

Заявленная конструкция позволит создать универсальный аэрокосмический ЛА, который может применяться и для решения срочных наземных задач в условиях атмосферного полета (например, для проведения срочной разведки в том или ином районе земли, океана, для принятия срочных соответствующих мер по организации тушения масштабных пожаров или для защиты транспортных судов от морских пиратов, или для отыскания мест терпящих бедствие судов, а также для осуществления космических полетов с целью космических исследований, космической разведки, с целью оказания медицинской помощи космонавтам или замены экипажа МКС - межпланетных космических станций).

При этом все перечисленные полеты и действия будут более быстрыми по времени и значительно менее дорогими, менее затратными, чем с применением других средств.

С введением в действие последовательно удаленных все дальше от Земли межпланетных космических станций (в том числе и обитаемых) и осуществляя их последовательное посещение АКЛА, мы получим реальную возможность совершать более дальние космические полеты и осуществлять более глубокую разведку космического межпланетного пространства и также с наименьшими затратами.

Все перечисленное выше - еще один аргумент в пользу за необходимость создания АКЛА.

Наиболее близким к заявленному изобретению по внешнему виду является так называемая «летающая тарелка» по типу «Диск Белонце», которую создавали в Германии (февраль 1945 год).

Наглядно представлена на первой странице обложки еженедельного журнала «НЛО» №36 (405) от 5 сентября 2005 года, Издательского дома «Калейдоскоп» - прототип.

В журнале сообщается о нескольких встречах американского авианосца «Франклин Д.Рузвельт» (его экипажа) с НЛО и показан фотоснимок военного фоторепортера Воланса Литвина, снимавшего эскадру НАТО в походном строю с борта авианосца на военно-морских учениях «Мейнбрейс» в Северном море.

НЛО на снимке представлен в виде дискообразного летательного аппарата с работающими двигателями. На снимке хорошо видны сопла, соответствующие по внешним признакам соплам современных космических ЛА (сопло основного подъемного двигателя и четыре сопла двигателей коррекции).

На странице №5 представлена ксерокопия фотоснимка, указанного в тексте.

Данный фотоснимок не дает представления о маршевом двигателе(ях), если таковой(е) имеется у этого ЛА - прототипа.

Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи создания аэрокосмического летательного аппарата для обеспечения продолжения исследований в ближнем и дальнем космическом пространстве с использованием межпланетных космических станций (далее - MKС).

Решение технической задачи достигается:

1. Созданием корпуса (несущей рамы сварной конструкции из высокопрочной стали).

2. Созданием, центровкой и креплением внешнего стального кольца к несущей раме и крепления к нему верхней и нижней «чаш-обтекателей».

3. Созданием ложементов для установки и крепления четырех двухконтурных самолетных двигателей, типа двигателей самолета Як - 141.

4. Установкой четырех подъемно-маршевых двухконтурных самолетных двигателей, типа двигателей самолета Як - 141 вертикального взлета и посадки и емкостей с топливом для них.

5. Установкой и креплением двух маршевых ракетных двигателей.

6. Установкой и креплением баллонов сжиженного топлива для них.

7. Установкой и креплением устройств для сжижения, регенерации и подачи водородного топлива в ракетные двигатели.

8. Установкой и креплением четырех подъемных ракетных двигателей регулируемой тяги для обеспечения вертикального взлета, висения, снижения и посадки.

9. Установкой и креплением баллонов сжиженного водорода - топлива для подъемных ракетных двигателей.

10. Креплением к средней и нижней балкам несущей рамы убирающегося в купола четырехстоечного шасси.

11. Оснащением каждой из четырех стоек шасси двумя колесами повышенной прочности и необходимыми устройствами и приборами.

12. Оборудованием герметичной кабины экипажа, оснащенной всем необходимым для полета в атмосфере Земли, а также для полета и работы в космическом пространстве.

13. Созданием надежной защиты кабины от мелких частиц, встречающихся в космосе.

14. Оборудованием герметизируемых люков для входа внутрь АКЛА и в кабину экипажа.

15. Оборудованием люка и стыковочного шлюза для стыковки АКЛА с МКС или с другим космическим летательным аппаратом.

16. Оснащением АКЛА контейнером для тормозного и вытяжного парашютов.

17. Оборудованием герметизируемого верхнего люка для аварийного покидания кабины экипажа.

18. Оборудованием АКЛА необходимыми системами жизнеобеспечения, связи, сигнализации и буксировочными устройствами.

19. Осуществлением взлета АКЛА, преодолением атмосферы Земли и выходом в космическое пространство.

20. Осуществлением стыковки с МКС, дозаправки водорода из баллонов МКС (куда водород доставляется грузовыми космическими кораблями) и отделения от МКС.

21. Посадкой на планету (спутник).

22. Взлетом с планеты и возвращением с посадкой на Землю.

Примечание: возможно, что старт АКЛА будет осуществляться и с взлетной площадки космодрома, и с фюзеляжа самолета - носителя.

Так как информации о прототипе недостаточно, то и сопоставительный анализ с прототипом приводить не имеет смысла.

Заявляемый аэрокосмический летательный аппарат рассчитан как универсальный, т.к. он может летать и в условиях атмосферного полета, и совершать полеты в космосе с целью космических исследований, космической разведки, а также с целью оказания медицинской помощи космонавтам или замены экипажей МКС, космических кораблей. Данный АКЛА позволит продолжать дальнейшую отработку устройства космических кораблей и полетов на них, продолжить исследования в ближнем космосе, а также в дальнем космосе с использованием удаленных все дальше от Земли межпланетных космических станций (и обитаемых, и автоматических), которые могут снабжать АКЛА сжиженным водородом - топливом для его РД, куда это топливо может быть доставлено грузовым космическим ЛА.

Предложенное устройство представлено на фиг.1-7.

На фиг.1 - вид АКЛА спереди.

Основные части, из которых собран корпус:

- силовая несущая рама - 1 сварной конструкции;

- вертикальные балки - 2;

- горизонтальные и радиальные балки - 3;

- укосы с уголковыми усилителями (на фиг.1 не показаны);

- кольца жесткости: 4а, 4б, 4в;

- верхнее - 4а обрамляет парашютный контейнер - 5 с крышкой - 5а и аварийный герметизируемый люк - 7;

- среднее - 4б служит для соединения и крепления титановой обшивки АКЛА в виде 2-х (нижней и верхней) «чаш» по окружности;

- нижнее - 4в обрамляет герметизируемый люк - 8 шлюза, служащего для стыковки с МКС и перехода космонавтов в МКС или в космический корабль;

нижнее кольцо - 4в служит также для защиты от повреждений стыковочных устройств (на фиг.1 не показаны) и сопел - 18б вертикальной тяги 4-х турбореактивных двигателей АКЛА;

- лонжероны - 9 двухполочные (вместе с кольцом 4б) служат для крепления нижнего и верхнего обтекателей - «чаш», которые выполнены двухслойными (внешняя и внутренняя обшивка);

- обшивка - обтекатели: верхний - 10 и нижний - 10а;

вертикальные балки - 2 силовой несущей рамы - 1 опираются на полозья - 11 и соединены с ними посредством гидропневматических и пружинных амортизаторов (на фиг.1 не показаны);

- кабина экипажа - 12;

- окно - 13 кабины с бронешторкой - 14, перископ - 15;

- герметизируемый люк - 16 для входа в АКЛА;

- герметизируемая дверь - 17 для входа в кабину экипажа;

- входные устройства - 18 двухконтурных ТРД сопел - 18б вертикальной тяги ТРДД;

- входные устройства - 19 компрессоров, служащих для исследования состава и концентрации газов, находящихся в космосе;

- баллоны - 20 сжиженного газа для ракетных двигателей;

- газовые рули - 21 направления и крена;

- бортовые аэронавигационные огни - 22;

- антенна - 23 радиосвязной станции, антенны - 23а системы опознавания;

- сопла - 24 ракетных двигателей вертикальной тяги;

- передняя поворотная стойка шасси - 25;

- фары - 26, противотуманные фары - 27;

- бортовые опознавательные огни - 28;

- огни аварийной сигнализации - 29;

- пиромеханизм - 6 отстрела крышки парашютного контейнера;

- радиолокатор - 30 с фазированной антенной решеткой;

- теплопеленгатор - 31; купола шасси - 36.

Особенности конструирования обшивки АКЛА

Окраска внешней поверхности АКЛА

Обшивка, вероятно, должна быть многослойной. Данным изобретением предлагается трехслойная обшивка. Внешний слой - термозащитный (обеспечивает защиту от нагрева, вентиляцию между внешним и средним слоями). Между этими слоями для крепления внешнего к среднему слою крепятся подвижные опоры с учетом температурного расширения материала внешнего слоя. Средний слой, герметичный слой облицовки, за ним следует внутренний герметичный слой. Между средним и внутренним слоями свободное пространство заполнено высокопрочной и температуростойкой резиной или материалом, заменяющим ее по указанным характеристикам, и обеспечивает шумоизоляцию. На внутреннем слое крепится амортизирующая отделка кабины АКЛА.

Давление в замкнутом объеме АКЛА обеспечивается баростатом.

Инженерные расчеты трех слоев обшивки осуществляют специалисты по авиационным материалам, специалисты по прочности корпуса АКЛА, спецы по термозащите и вентиляции, по защите от атмосферного электричества, по защите от космического и галактического излучений, по защите от метеоритов и метеоритного дождя; спецы по приборам и различного рода датчикам, размещенным на всех трех слоях обшивки.

Предлагаю окрашивать поверхность верхней полусферы в белый или серебристый цвет, а нижнюю полусферу в серый цвет светлых или темных тонов.

Фиг.2 (вид АКЛА сбоку):

- кольца жесткости: 4а, 4б, 4в;

- пиромеханизм - 6;

- герметизируемый люк - 8 шлюза для перехода космонавтов в МКС;

- обтекатели: верхний - 10, нижний - 10а;

- кабина экипажа - 12;

- герметизируемый люк - 16 для входа в АКЛА;

- герметизируемая дверь - 17 для входа в кабину экипажа;

- входные устройства - 18 ТРДД,

- выхлопные сопла - 18а ТРДД;

- входные устройства - 19 компрессоров РД;

- выхлопные сопла - 19а РД;

- баллоны - 20 сжиженного газа (на фиг.2 не показаны);

- газовый руль - 21;

- антенна - 23;

- сопла - 24 РД вертикальной тяги;

- фара - 26;

- бортовые опознавательные огни - 28;

- огни аварийной сигнализации - 29;

- левый верхний руль тангажа - 33.

Фиг.3 - вид АКЛА сзади:

- парашютный контейнер (отсек) - 5;

- крышка - 5а парашютного контейнера;

- герметизируемый люк - 8 шлюза для стыковки с МКС;

- левая лыжа полозьев - 11;

- окно - 13а заднего вида с бронешторкой;

- выхлопные сопла - 18а ТРДД с отклоняющими вектор тяги насадками;

- выхлопные сопла - 18б вертикальной тяги ТРДД;

- выхлопные сопла - 19а маршевых РД с отклоняющимися соплами;

- баллоны - 20 с водородом (топливом) для РД;

- газовые рули - 21;

- выхлопные сопла - 24 РД вертикальной тяги;

- стойки шасси - 25;

- две фары - 26а освещения задней полусферы;

- бортовые аэронавигационные огни - 22;

- левый и правый верхние рули тангажа - 33;

- левый и правый нижние рули тангажа - 33а (на фиг.3 не показаны);

- внешний датчик - 34 температуры окружающей среды.

На фиг.4 - вид АКЛА сверху (в плане):

- кольцо жесткости - 4а (верхнее);

- крышка - 5а парашютного контейнера;

- пиромеханизм - 6 отстрела крышки парашютного контейнера;

- аварийный герметизируемый люк - 7;

- верхний обтекатель - 10;

- окно - 13 кабины, бронешторка - 14, бронещит - 14а;

- перископ - 15;

- герметизируемый люк - 16 входа в АКЛА;

- газовые рули - 21;

- бортовые аэронавигационные огни - 22;

- антенна - 23а системы опознавания АКЛА;

- бортовые опознавательные огни - 28;

- огни аварийной сигнализации - 29;

- рули тангажа - 33 (верхние) - могут работать раздельно: верхние - нижние, левые - правые;

- приемники воздушного давления - 35 (ПВД), для указателей скоростей полета и высоты полета.

На фиг.5 - вид АКЛА снизу:

- кольцо - 46 жесткости;

- герметизируемый люк - 8 для стыковки и перехода экипажа в МКС;

- сопла 18б вертикальной тяги ТРДД;

- маршевые РД - 19а с управляемыми соплами;

- сопла 18а ТРДД с отклоняющими вектор тяги насадками;

- сопла - 24 РД вертикальной тяги;

- компрессоры - 19 маршевых РД (компрессоры РД вертикальной тяги на фиг.5 не показаны);

- створки - 36 куполов шасси;

- отсеки - 37 для транспортировки и выпуска надувных мешков (которые используют при посадке на воду).

На фиг.6 - взлет АКЛА;

На фиг.7 - посадка АКЛА на планету.

В статическом состоянии все системы АКЛА выключены, органы управления (включатели и переключатели) на пультах подготовки к взлету и управления взлетом выключены, закрыты спецключами и отключены электронными средствами защиты от несанкционированного включения.

Эти пульты и др. органы управления АКЛА размещены в удобных для экипажа местах кабины вблизи кресел пилотов-космонавтов.

Доступ к приборам и агрегатам, находящимся в зоне герметичного объема АКЛА, возможен только после прохода через входные люки-двери АКЛА и кабины.

Доступ к приборам и агрегатам, находящимся вне зоны герметичного объема АКЛА, для их технического обслуживания, осуществляется через соответствующие люки, которые указаны на внешней обшивке АКЛА. При получении команды на подготовку к взлету, все члены экипажа занимают свои рабочие места в кабине АКЛА и начинают подготовку к взлету, согласно с должностными обязанностями: все системы корабля проверяются на работоспособность в соответствующих режимах, некоторые системы проверяются на их исправность, проверяются полнота заправки всеми видами топлива, газами (кислородом, азотом и др.) и жидкостями (в том числе водой), проверяется расчетно-компьютерный комплекс, автопилот, исправность силовой установки.

По окончании подготовки к взлету командир экипажа докладывает в ЦУП.

При получении команды «Взлет!», экипаж АКЛА выполняет взлет согласно «Инструкции».

Взлет АКЛА штатный с ВПП

Выполняется аналогично взлету самолета с двухконтурными ТРД. Выполняется выруливание на ВПП, на старте сопла ТРД устанавливаются на угол 30* вверх, верхние рули тангажа отклоняют на максимальный угол. Выводят все четыре ТРД на максимальный режим или включают форсаж и выполняется взлет с пробегом по ВПП, с последующим применением органов управления, задают АКЛА соответствующие угол взлета, направления и угол крена.

Примечание: величина необходимого угла вектора тяги при взлете определяется (первоначально) на подвижном испытательном стенде, а уточняется при натурных летных испытаниях АКЛА.

Штатный взлет с ВПП может выполняться и при четырех работающих ТРД, и при двух работающих ТРД, с учетом необходимых режимов полета на малых высотах у Земли и в зависимости от загрузки.

Вертикальный взлет с отдельной площадки или ВПП

АКЛА, оснащенный двухконтурными ТРД двигателями для самолетов вертикального взлета, оснащенный сопловым аппаратом вертикальной тяги, может выполнить вертикальный взлет с отдельной бетонированной или не подготовленной площадки. Для вертикального взлета контур вертикальной тяги всех четырех ТРД переключают в режим «вертикальный взлет». При этом поток газов из вторых контуров через вертикальные газоводы выбрасывается выхлопными соплами вертикальной тяги в пространство под АКЛА. Вторые контуры первого и четвертого двухконтурных ТРД соединены трубопроводами с соплами бортовых газовых рулей направления и крена, соответственно левого и правого. При вертикальном взлете сопла газовых рулей должны быть отклонены вниз. При перекрытии одного из них электро-пневмоклапаном будет создаваться крен АКЛА в ту или другую сторону.

Под воздействием вертикальной тяги АКЛА поднимается над опорной площадкой и далее управляется пилотом-космонавтом так же, как при горизонтальном полете с учетом требований по режиму силовой установки, эшелону и направлению полета.

При горизонтальном полете газовые рули разворачиваются в горизонтальное положение при включении двумя кнопками на штурвале управления АКЛА, выполняют функцию руля курса, обеспечивая поворот АКЛА относительно вертикальной оси.

Примечание: если будет принято решение о взлете АКЛА с самолета-носителя, который поднимет его на максимально достижимую высоту полета носителя, то необходимо будет разработать соответствующие устройства для крепления АКЛА на самолете-носителе и устройства отцепки от него.

Как известно, до стратосферы аэродинамические рули эффективны, но в верхних слоях стратосферы и в космосе эти рули теряют свою эффективность и возникает необходимость их замены газовыми рулями управления. Поэтому в конструкции АКЛА предусмотрено соединение трубопроводами газогенераторов левого и правого ракетных двигателей с газовыми рулями. Поворот газовых рулей из горизонтального положения в вертикальное осуществляется электромеханическими приводами, а управление газовыми рулями обеспечивается электро-пневмоклапанами, установленными внутри корпуса АКЛА перед соплами газовых рулей.

Выработка топлива из баков АКЛА осуществляется так, чтобы начиналась она с подвесных баков, а затем из бортовых топливных баков, симметрично расположенных в корпусе АКЛА. Одновременно из левого бака обеспечивается питание первого и третьего ТРД, а из правого бака топливо подается во второй и четвертый двигатели. В таком же порядке обеспечиваются топливом и два маршевых ракетных двигателя. В последнюю очередь вырабатывается топливо из центральных баков, которые расположены ближе к центру тяжести АКЛА.

Примечание: после выработки топлива из подвесных баков, которые могут быть применены, последние сбрасываются в безопасной зоне по маршруту полета.

Стыковка с межпланетной космической станцией (МКС-1)

Осуществляется с помощью известных узлов-механизмов стыковки космических кораблей с МКС. Ответные части механизмов стыковки имеются в нижней купольной части АКЛА. Там же имеется герметизированный люк шлюзовой камеры для перехода из АКЛА в МКС. Технология стыковки и перехода известны специалистам. Дополнительно необходимо учесть следующие особенности АКЛА: с целью уменьшить взлетную массу АКЛА, предлагается заправлять топливо для ТРД не 100%, а только 50% от общего объема, необходимого для полета на МКС 1 и обратно, после стыковки с МКС 1 выполняется дозаправка топливом для полета до МКС 2 или до другой планеты (или ее спутника) и для возвращения на МКС 2, и так повторяется в обратном порядке. На последнем этапе полета к Земле выполняется дозаправка после стыковки с МКС 1, на которой остается запас топлива, необходимого для полета от МКС 1 до Земли. Если при натурных испытаниях будет подтверждено, что водорода в космосе достаточно для закачки его в бортовые резервные баллоны, то необходимость дозаправки на МКС отпадет.

Отстыковка от МКС

Если АКЛА и экипаж готовы к выполнению следующего этапа полета, то после проверки количества топлива в емкостях АКЛА, необходимо выполнить:

- герметизацию МКС и АКЛА,

- отстыковку АКЛА от МКС,

- включение ракетных двигателей вертикальной тяги,

- после отделения от МКС, включить маршрутные РД и продолжить полет по маршруту.

Посадка на другую планету или на Луну

При сближении с объектом посадки или обследования уменьшают скорость полета, а в расчетный момент переключаются на РД вертикальной тяги, осуществляют снижение и выбор места посадки, уменьшают вертикальную тягу, отслеживая по прибору скорость сближения, выпускают тормозной парашют, что обеспечивает безопасную скорость посадки-прилунения без шасси, т.е. на амортизирующие полозья. После посадки осуществляют проверку радиосвязи с МКС или с ЦУП на Земле. Примечание: положение АКЛА на полозьях (при посадке на неровную поверхность) позволяет включить ракетные двигатели и осуществить вертикальный взлет с места посадки с последующим включением маршевых ракетных двигателей.

Взлет с поверхности планеты, спутника планеты

После определения фактических данных окружающей среды на планете (спутнике), после взятия проб и получения максимально возможного количества информации об исследуемой планете экипаж приступает к подготовке к взлету и выполняет взлет с поверхности планеты, для чего включают подъемные ракетные двигатели. Под воздействием вертикальной тяги АКЛА поднимается над поверхностью планеты, космонавты переключают подъемные двигатели на маршевые РД, и далее управляют АКЛА так же, как при обычном горизонтальном полете, воздействуя на органы управления с учетом режима полета. Далее выполняют полет к ближайшей от планеты МКС с последующей стыковкой с космической станцией заправкой на ней топливом, или же выполняют полет к Земле. При этом посадка может быть выполнена на ВПП космодрома или на отдельную площадку с использованием парашютно-реактивной тормозной системы.

Штатная посадка АКЛА на ВПП (на землю) выполняется так же, как и посадка самолета-истребителя следующим образом:

при возвращении на Землю, после прохода через стратосферу, запускают четыре ТРДД (возможно только тяги двух ТРДД будет достаточно для посадки), покажут натурные испытания, и, управляя силовой установкой и АКЛА, выходят в район космодрома или аэродрома, выпускают 4-х стоечное шасси, выполняют посадку на ВПП согласно инструкции.

Если штатную посадку на ВПП по каким-либо причинам выполнить невозможно, то, используя возможности 4-х ТРДД вертикального взлета-посадки, выполняют штатную посадку на отдельную площадку, на не подготовленную площадку или на воду с использованием управляемой вертикальной тяги.

Аварийную посадку можно выполнить с применением тормозного спасательного парашюта с последующим включением пороховых двигателей торможения.

В верхней купольной части корпуса над центром тяжести АКЛА имеется герметический отсек, крышка которого сбрасывается с помощью пиромеханизма. Отсек предназначен для укладки и транспортировки тормозного спасательного и вытяжного парашютов. Крышка отсека сблокирована вытяжным шнуром с вытяжным парашютом, который наполняясь, вытягивает за собой тормозной спасательный парашют - АКЛА снижается на тормозном парашюте с последующим срабатыванием пороховых тормозных двигателей, что обеспечивает мягкую посадку АКЛА с расчетной силой соударения, не превышающей безопасной.

Примечание: Положение АКЛА на полозьях позволяет включать четыре ракетных двигателя вертикальной тяги, для осуществления вертикального взлета с места посадки с последующим переключением на горизонтальную тягу маршевых ракетных двигателей.

При посадке на воду открываются створки люков бортовых контейнеров, в которых уложены надувные мешки. При открытии замков, удерживающих створки люков, включаются в работу 2-4 пневмоклапана, через которые газ - азот под давлением расчетной величины из бортовых баллонов заполняет надувные мешки - поплавки, которые выпадают из контейнеров и одерживают АКЛА на плаву в воде.

Реализацией заявленного устройства аэрокосмического летательного аппарата (ЛА) осуществляется создание нового типа космического ЛА, позволяющего выполнять задачи по дальнейшему исследованию как ближнего, так и дальнего космического пространства, планет, спутников, Луны; а также проводить испытания создаваемых космических ЛА в атмосфере Земли и в космосе, осуществляя их последовательную отработку, проводить подготовку к космическим полетам и исследованиям, обеспечивая более активное систематическое развитие науки о космосе и космической техники уже в настоящее время, исключить значительное отставание в этих областях знаний от других стран, где подобные ЛА уже создаются или будут созданы в ближайшие годы, а также существует необходимость оказывать срочную помощь экипажам стационарных космических станций или космических кораблей.

Возможность создания и применения АКЛА предлагаемой конструкции подтверждается всем ходом развития авиации и космической техники, существующими космическими летательными аппаратами, известными и существующими силовыми установками, системами стабилизации и управления космическими летательными аппаратами, современными научными данными о космическом пространстве, а также предлагаемыми устройствами и оборудованием в соответствии с заявляемым изобретением.

Изобретение относится к области аэрокосмических транспортных средств и может применяться, в частности, для исследований в ближнем и дальнем космосе, для уничтожения или восстановления потерявших управление автоматических спутников и других искусственных космических объектов, а также для изменения траекторий движения малых небесных тел (напр., астероидов) с целью исключения их столкновения с Землей. Аэрокосмический летательный аппарат (АКЛА) включает в себя корпус в виде двояковыпуклой линзы, накрытой снизу и сверху полусферами титановых обтекателей. Корпус подкреплен несущей стальной рамой с элементами жесткости, на которой смонтирована силовая установка. Эта установка содержит три группы двигателей: четыре подъемно-маршевых турбореактивных двухконтурных двигателя (с выхлопными соплами горизонтальной (18а) и вертикальной (18б) тяги), два маршевых ракетных двигателя (с отклоняющимися соплами 19а) и четыре ракетных двигателя вертикальной тяги (с выхлопными соплами 24). В корпусе установлены баки (20) с водородом для ракетных двигателей. АКЛА оборудован левыми и правыми верхними (33) и нижними (33а) аэродинамическими рулями тангажа, а также левым и правым газовыми рулями (21). АКЛА имеет четыре стойки (25) шасси; при убранных в купола шасси посадка может выполняться на лыжные полозья (11). Для посадки также предусмотрен парашютный контейнер (5) с крышкой (5а). Для стыковки и сообщения с межпланетной космической станцией (МКС) служит герметизируемый люк (8) шлюза. На корпусе АКЛА установлены фары (26а) освещения задней полусферы и бортовые аэронавигационные огни (22). Технический результат изобретения направлен на создание многорежимного многофункционального АКЛА для исследований и других операций в ближнем и дальнем космосе, с использованием для его дозаправки МКС и небесных тел, например планет и их спутников. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Аэрокосмический летательный аппарат, включающий корпус в виде двояковыпуклой линзы, образованный силовой несущей стальной рамой сварной конструкции, состоящей из вертикальных и горизонтальных балок, укосов и лонжеронов, на которой установлены и закреплены двигатели, обеспечивающие подъем, спуск и движение космического корабля в заданном направлении, а также стойки колесных шасси и органы управления, причем указанная линза накрыта снизу и сверху полусферами обтекателей, выполненных многослойными из прочного материала, обеспечивающих надежную защиту экипажа, силовой установки, емкостей с топливом, оборудования и помещений корабля, отличающийся тем, что внешний слой обтекателей выполнен из листового титана, а обтекатели крепятся к силовой несущей раме с помощью лонжеронов и трех крепежных стальных колец жесткости: верхнего, среднего и нижнего, силовая установка состоит из трех групп двигателей: четырех подъемно-маршевых турбореактивных двухконтурных двигателей, двух маршевых ракетных двигателей и четырех ракетных двигателей вертикальной тяги.

2. Аэрокосмический летальный аппарат по п.1, отличающийся тем, что для улучшения управляемости в различных режимах полета он оборудован четырьмя аэродинамическими рулями тангажа и двумя бортовыми (левым и правым) газовыми рулями, которые позволяют плавно изменять горизонтальные и вертикальные углы по направлению и крену.

3. Аэрокосмический летательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что он оборудован четырехстоечным шасси, имеющим на каждой стойке по два колеса, причем две передние стойки являются свободно-ориентирующимися или управляемыми из кабины, а при убранных в купола шасси посадку аэрокосмического летательного аппарата можно выполнять на полозья, которые крепятся к вертикальным стойкам несущей рамы с помощью пневмогидравлических амортизаторов.

4. Аэрокосмический летательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что имеет герметизируемые бронированную кабину и помещение для отдыха космонавтов, хранилище для продуктов и питьевой воды, которые оборудованы всеми необходимыми средствами жизнеобеспечения, системами управления, приборами для контроля за работой этих систем, дублирующими и аварийно-спасательной системами.

5. Аэрокосмический летательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в верхней купольной части, в пределах верхнего кольца жесткости размещены парашютный контейнер и герметизируемый аварийный люк для выхода экипажа из кабины в случае аварии или другой необходимости.

6. Аэрокосмический летательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что в нижней купольной части, в пределах нижнего кольца жесткости смонтирован шлюз с герметизируемым люком для перехода космонавтов в межпланетную космическую станцию, или в другой космический корабль, или на площадку посадки.

7. Аэрокосмический летательный аппарат по п.2, отличающийся тем, что в задней верхней и нижней частях корпуса он имеет по два указанных руля тангажа, внешняя сторона которых повторяет кривизну обшивки верхнего и нижнего обтекателей, причем указанные рули могут работать попарно (верхние или нижние), синхронно (все четыре) и раздельно по одному.