УНИВЕРСАЛЬНАЯ КОСМИЧЕСКАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА НА БАЗЕ СЕМЕЙСТВА РАКЕТ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ ЛЁГКОГО, СРЕДНЕГО И ТЯЖЁЛОГО КЛАССОВ С ЗАПУСКОМ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ НАД АКВАТОРИЕЙ МИРОВОГО ОКЕАНА Российский патент 2020 года по МПК B64G1/00 

Предлагаемое техническое решение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для создания перспективных космических транспортных систем на базе семейства традиционных ступенчатых не спасаемых ракет космического назначения (РКН) легкого, среднего и тяжелого классов с запуском ракет-носителей в заранее выбранном месте над акваторией Мирового океана с использованием базирующегося там мобильного морского стартово-заправочного комплекса.

Космическим транспортным системам (КТС) на базе семейства традиционных не спасаемых ступенчатых РКН с наземным стартом, особенно при внутриконтинентальном расположении космодромов на высоких широтах, как все космодромы России, присущи следующие недостатки:

- выделение больших площадей суши под зоны отчуждения в районе расположения стартовых комплексов и по трассам выведения РКН на околоземную орбиту под районы падения отделяемых частей (ОЧ) РКН (один район падения ОЧ занимает несколько сот квадратных километров, при этом каждый стартовый комплекс обычно имеет несколько трасс для выведения полезных грузов (ПГ) на орбиты с различным наклонением, таким образом, общая площадь суши, отчуждаемой под стартовый комплекс и связанные с ним районы падения ОЧ может занимать десятки тысяч квадратных километров);

- жесткие ограничения на трассы выведения РКН на орбиты (минимальное количество трасс, прохождение трасс над малонаселенными районами суши, недопустимость прохождения трасс на первом полувитке над сопредельными государствами, использование, по возможности, существующих районов падения ОЧ);

- наклонение орбит прямого выведения ПГ должно быть больше широты расположения стартового комплекса;

- при большой широте расположения стартового комплекса и необходимости выведения ПГ на приэкваториальные орбиты приходится использовать космические разгонные блоки для поворота плоскости орбиты, что приводит к большим потерям в массе ПГ;

- использование одного стартового комплекса для запуска семейства РКН разной размерности, с учетом необходимости проведения ремонтно-восстановительных работ и профилактики пускового устройства после каждого запуска РКН, приводит к снижению пропускной способности (количества пусков в год) наземных стартовых комплексов, используемых для семейства РКН;

- возможные аварии РКН на старте приводят к длительной задержке в эксплуатации всего семейства РКН.

Перечисленные недостатки традиционных РКН с наземным стартом с территорий, расположенных на высоких широтах, в значительной степени могут быть устранены за счет использования для запуска РКН в районе экватора мобильного морского стартово-заправочного комплекса (например, в виде мобильной морской платформы с пусковой установкой для РКН) и командного судна управления и технической поддержки, базирующихся в приэкваториальной зоне, как в известном проекте космической транспортной системы «Морской старт»; или за счет применения гидросамолетов-носителей (экранолетов), доставляющих РКН в приэкваториальную зону для воздушного запуска РКН с борта самолета-носителя над мало судоходной акваторией Мирового океана. Самолет-носитель (СН) выполняет функции мобильного воздушного стартового комплекса. Место запуска РКН с мобильной морской платформы или с СН выбирается таким, чтобы снять ограничения на районы падения ОЧ и обеспечить выведение ПГ на орбиты в широком диапазоне наклонений. Таким образом, оказывается возможным исключить необходимость отчуждения земли под стартовые комплексы и районы падения ОЧ РКН.

Кроме того, воздушный старт РКН, по сравнению с наземным и морским стартом, позволяет увеличить ее грузоподъемность при одинаковой стартовой массе РКН за счет:

- начальной скорости, получаемой от СН,

- использования на первой ступени РКН высотных двигателей с увеличенной степенью расширения сопла, что дает значительный прирост удельного импульса тяги двигателя;

- уменьшения аэродинамических потерь, т.к. старт РКН происходит в условиях разреженной атмосферы;

- уменьшения гравитационных потерь из-за более оптимальной траектории выведения;

- возможности использования довыведения орбитального блока РКН на опорную орбиту с помощью космического разгонного блока при реализации дополнительного района падения в акватории Мирового океана для верхней ступени ракеты-носителя.

В результате грузоподъемность РКН на низкую околоземную орбиту при воздушном старте увеличивается на 20-30% по сравнению с аналогичной по массе РКН с наземным стартом.

При выведении полезных грузов на высокие приэкваториальные орбиты (геопереходные - ГПО и геостационарную - ГСО) возможность запуска РКН из приэкваториальной зоны позволяет дополнительно уменьшить потребную характеристическую скорость выведения ПГ на ГПО и ГСО за счет устранения необходимости поворота плоскости орбиты при старте с космодромов, расположенных на высоких широтах, и увеличить грузоподъемность РКН среднего класса по сравнению с наземным стартом со стартовых комплексов, расположенных на высоких широтах, в 2-2,5 раза.

Воздушный запуск РКН после ее десантирования с борта СН и удаления РКН на безопасное расстояние от СН приводит к тому, что двигатели первой ступени РКН включаются во время ее свободного падения, т.е. в данном случае отсутствует традиционная пусковая установка (ПУ), характерная для наземного старта РКН, и все связанные с ней ограничения при запуске семейства различных по стартовой массе и габаритам РКН (не требуются изменения конструкции ПУ при пуске разных по размеру РКН, не нужны обслуживание и профилактика ПУ после каждого запуска ракеты, исключается риск разрушения ПУ при старте РКН с последующей длительной задержкой программы пусков).

Близким аналогом заявленной космической транспортной системы с использованием семейства РКН легкого, среднего и тяжелого классов и воздушным стартом в районе экватора является патент РФ на изобретение №2397922 кл. B64G 1/14 от 30.07.2008 г. «Комплексная система для запуска тяжелых воздушно-космических самолетов многоразового использования на околоземную орбиту, супертяжелый реактивный самолет-амфибия для нее (варианты) и способ осуществления запуска».

Предложенная в упомянутом патенте «Комплексная система …» предназначена для эксплуатации в приэкваториальной зоне многоразовой транспортной космической системы с воздушным стартом крылатой многоразовой РКН с борта сверхтяжелого самолета-амфибии (экранолета). «Комплексная система …» содержит инфраструктуру наземного базирования и обеспечения, самолет подъема с отделяющимся спасаемым крылатым разгонным ракетным блоком и находящимся на нем воздушно-космическим самолетом многоразового использования. В качестве самолета подъема использован супертяжелый реактивный самолет-амфибия бесконтактного взлета и посадки, построенный по схеме известного гидросамолета ВВА-14 с вертикальным взлетом и посадкой разработки Г.М. Бартини.

Инфраструктура наземного базирования и обеспечения включает в себя несколько прибрежных стояночных площадок с гидроспусками, размещенных в независимых по метеоусловиям автономных пунктах экваториального побережья Мирового океана вблизи пустынных районов суши. Задачами этого изобретения являются повышение экологической безопасности самолета-амфибии при движении по воде или при полете над морем, обеспечение возможности запуска воздушно-космического самолета в нужный момент, независимо от погоды в экваториальном поясе Земли, использование вертикальной и горизонтальной тяги подъемных двигателей самолета-амфибии для создания воздушной подушки под крылом-центропланом и для управления самолетом на плаву при защищенности их входных устройств от морской воды крылом-центропланом, повышение эффективности бесконтактного взлета и посадки за счет образования под крылом-центропланом и его продольными бортотсеками замкнутой полости, максимальное освобождение верхней поверхности крыла-центроплана для установки разгонного ракетного блока, механизмов крепления и расцепки самолета с разгонным ракетным блоком.

По мнению авторов, благодаря использованию заявляемого супертяжелого самолета-амфибии бесконтактного взлета и посадки появляется возможность свести до минимума размеры суши, отчуждаемой для запуска комплексной системы и размеры гидродрома, а также время нахождения самолета-амфибии над морем для уменьшения вероятности экологической катастрофы для вод Мирового океана в случае аварийного разрушения самолета при взлете.

Основным недостатком данного изобретения является эксплуатация предлагаемой комплексной системы запуска спасаемых космических ракетных блоков только в приэкваториальной зоне с использованием нескольких удаленных береговых стоянок самолета-амфибии. Согласно изобретению, береговая стоянка самолета-амфибии, фактически, выполняет функции наземного технического комплекса для приема космических ракетных блоков, воздушно-космического самолета и полезного груза, их предварительных проверок, сборки ракетного комплекса в составе разгонного ракетного блока и орбитального самолета с размещенным на нем полезным грузом, установки их на самолет-амфибию, заправки ракетного комплекса компонентами топлива и сжатыми газами с использованием специальной заправочной системы, при этом рядом со стоянкой самолета-амфибии должен находиться аэродром для посадки возвращаемых ракетных блоков, воздушно-космического самолета, а также для доставки другого необходимого оборудования; при этом большая часть перечисленных наземных технических средств должна повторяться для каждой удаленной стоянки самолета-амфибии, что неприемлемо из экономических соображений. Каждая береговая стоянка для рассматриваемой транспортной космической системы вместе с необходимыми наземными сооружениями (аэродромом, техническим комплексом, заправочным комплексом, центром управления полетом и т.д.) будет занимать большую площадь суши, что приведет к крупным финансовым затратам на аренду этих территорий у государств-собственников земли в приэкваториальной зоне. Другой недостаток рассматриваемого изобретения состоит в том, что, из соображения экологической безопасности, авторы стремятся обеспечить минимальное время полета самолета-амфибии над морем. Принята схема запуска космического авиационно-ракетного комплекса, при которой над морем осуществляется только взлет самолета-носителя, а основная часть трассы выведения космического ракетного комплекса, по мнению авторов, из соображения экологической безопасности, должна проходить над сушей. Такой подход противоречит общепринятой практике, когда запуски космических ракет осуществляются с прибрежных стартовых комплексов в сторону моря с прохождением трасс выведения ракет над мало судоходными акваториями Мирового океана. Следует учитывать, что на трассы выведения ракет, которые простираются на тысячи километров, накладываются жесткие ограничения, запрещающие прокладывать трассы выведения РКН над населенными пунктами, территориями с активной хозяйственной деятельностью, над территориями сопредельных государств и т.д. Все эти ограничения проще выполнить при прохождении трасс выведения над акваторией Мирового океана. Кроме того, при использовании в качестве самолета-носителя самолета-амфибии (или экранолета) в случае возникновения нештатной ситуации, требующей экстренной посадки самолета-носителя, самолет-амфибия (или экранолет) всегда сможет сесть на воду, а при полете над сушей такой возможности нет. Данная «Комплексная космическая система …» с прохождением трасс выведения ракетных блоков над сушей не приемлема для запуска на орбиты с различным наклонением семейства многоступенчатых не спасаемых РКН, требующих выделения нескольких районов падения для отделяемых частей РКН для каждой трассы выведения.

Другим близким аналогом предлагаемой транспортной космической системы для прямого; выведения ПГ на околоземные орбиты с различным наклонением в ходе запуска РКН в приэкваториальной зоне является известная транспортная космическая система «Морской, старт». Она включает в свой состав мобильную морскую платформу «Одиссей» со стартовым комплексом для запуска РКН «Зенит-3SL» и сборочно-командное судно (СКС) «Sea Launch Commander», предназначенное для сборки и контрольных испытаний РКН «Зенит-3SL» на борту СКС, а также выполняющего функции центра управления предпусковой подготовкой РКН и пуском, кроме того СКС обеспечивает прием и обработку телеметрической информации, поступающей с РКН при выведении ПГ на орбиту. Морская платформа «Одиссей» и судно СКС базируются в морском порту г. Лонг Бич (США). В порт обычным морским транспортом доставляются из Украины ракетные блоки первой и второй ступеней РКН «Зенит-3SL»; из России доставляется космический разгонный блок «ДМ-SL», а компания «Боинг» (США) поставляет головной обтекатель. Техническая база компании «Sea Launch» развернута в порту на территории площадью 6,8 га, ранее принадлежавшей ВМС США.

Основные технические сооружения наземного комплекса размещаются на насыпном моле, защищающем небольшую бухту. Заброшенный ангар переоборудован в хранилище для трех ракет «Зенит-3SL». Вблизи от него построено здание для обслуживания полезных грузов.

Все доставленные в порт комплектующие элементы РКН загружаются на судно СКС, где оборудован компактный монтажно-испытательный комплекс для сборки РКН «Зенит-3SL» и ее контрольных испытаний. Зал сборки РКН на борту СКС имеет следующие размеры: длина 66 м, ширина 30 м и высота 18 м. В нем можно разместить три РКН «Зенит-3SL». В носовой части судна расположены отсеки для обслуживания третьей ступени и хранения оборудования, подготовка которого проводится на суше. В отличие от первых двух ступеней, работы с третьей ступенью (блоком ДМ-SL) ведутся при вертикальном положении изделия, кроме того, здесь же производится его заправка горючим (РГ-1).

Собранную и проверенную на борту СКС ракету «Зенит-3SL» перегружают в порту Лонг Бич на мобильную морскую платформу «Одиссей» и укладывают на транспортно-установочный агрегат в ангаре с контролируемой средой. Затем мобильная платформа «Одиссей» с РКН на борту и судно СКС направляют из порта Лонг Бич в точку старта РКН, расположенную вблизи о. Рождества с координатами ~2° с.ш. и -157° з.д. Расстояние от порта Лонг Бич до места базирования морской платформы на экваторе составляет ~5000 км. Переход морской платформы и судна СКС в зону базирования на экваторе занимает 10-12 суток. Непосредственно перед запуском, РКН на транспортно-установочном агрегате перемещают из ангара на стартовую площадку, устанавливают в вертикальное положение, производят заправку РКН компонентами топлива и сжатыми газами, выполняют заключительные проверки и пуск РКН. Все операции, связанные с подготовкой РКН к пуску, заправкой компонентов топлива и сжатых газов, а также заключительные испытания и пуск РКН производят полностью в автоматическом режиме при отсутствии людей на пусковой платформе (весь персонал за сутки до проведения предпусковых операций и пуска РКН из условия обеспечения безопасности для людей перемещают на судно СКС). Следует подчеркнуть, что оборудование морской платформы «Одиссей» и сборочного технического комплекса судна СКС было спроектировано и изготовлено из условия использования его только для РКН «Зенит-3SL» и не годится для РКН с другой компоновкой, другой технологией сборки и подготовки к пуску. Транспортная космическая система «Морской старт» была введена в эксплуатацию в 1999 г. и рассчитана на выполнение 6-8 пусков в год РКН «Зенит-3SL», что должно было обеспечить окупаемость проекта. Кроме того, в ходе одной экспедиции из порта Лонг Бич к месту базирования морской платформы на экваторе планировалось доставлять на борту судна СКС для запуска три РКН «Зенит-3SL». Фактические период с 1999 г. по 2009 г. ежегодное количество пуков составляло от 1 до 5 пусков. При этом ни разу в ходе экспедиции на экватор не удалось осуществить более одного пуска РКН.

В январе 2007 г. произошла авария РКН при старте со взрывом маршевого двигателя первой ступени и поверхностными повреждениями морской платформы. Необходимый ремонт морской платформы привел к задержке пусков РКН «Зенит-3SL» на один год. Возникшие финансовые проблемы в связи с малым ежегодным количеством пусков и выявившейся не рентабельностью проекта привели к банкротству компании «Морской старт» в 2009 г., в результате, контрольный пакет акций (95%) компании «Морской старт» приобрела российская компания РКК «Энергия», которая продолжила осуществлять пуски РКН «Зенит-3SL» с платформы «Морской старт» до 2014 г. Всего с 1999 г. по 2014 г. было выполнено 37 пусков РКН «Зенит-3SL», из которых 3 пуска были аварийными. Таким образом, принятая технология для сборки и запуска РКН «Зенит-3SL» с использованием мобильной морской платформы «Одиссей» и сборочно-командного судна «Sea Launch Commander», а также большая конкуренция в данном сегменте мирового рынка пусковых услуг среди РКН среднего класса по грузоподъемности привели к тому, что осредненное ежегодное количество пусков РКН «Зенит-3SL» за 15 лет эксплуатации составило менее 2,5 пусков в год. Как было указано ранее, для окупаемости проекта требовалось от 6 до 8 пусков в год. В 2016 году российская компания S7 Group объявила о подписании контракта с группой компаний «Sea Launch», предусматривающего покупку имущественного комплекса «Морской старт». Предметом сделки являются сборочно-командное судно «Sea Launch Commander», морская платформа «Одиссей» с установленным на них оборудованием ракетного сегмента, наземное оборудование в базовом порту Лонг-Бич (США) и интеллектуальные права, принадлежащие компании «Sea Launch», включая товарный знак.

Основными недостатками проекта «Морской старт» являются:

- возможность использования морской платформы «Одиссей» для запуска только РКН «Зенит-3SL», а также высокая конкуренция на мировом рынке пусковых услуг среди РКН такой грузоподъемности, что привело к очень малому ежегодному количеству пусков и малой востребованности космической транспортной системы «Морской старт» для запуска ПГ в космос;

- большая продолжительность и стоимость работ по доставке комплектующих РКН от производителей на СКС для сборки РКН и самого процесса сборки;

- длительный цикл транспортировки мобильной пусковой платформы «Одиссей» и СКС из порта Лонг Бич к месту пуска РКН на экваторе и обратно в порт (две недели в одну сторону и две недели обратно из-за большого расстояния от порта до места запуска РКН и малой скорости движения мобильной морской платформы);

- большие накладные расходы (на аренду морского порта и технической базы в порту, на обслуживание морской платформы «Одиссей», судна СКС при стоянке в порту и технической базы в порту, на проведение профилактических и ремонтных работ на морской платформе, судне СКС и технической базе в порту) при минимальном количестве пусков РКН «Зенит-3SL»;

- использование космической транспортной системы «Морской старт» только на экваторе.

Анализ принятой технологии сборки, предпусковой подготовки и запуска РКН «Зенит-3SL» на экваторе с использованием морской платформы «Одиссей» и судна СКС «Sea Launch Commander» показал, что применение этой технологии имеет смысл, если она будет существенно сокращена по времени транспортировки элементов РКН с заводов-изготовителей на судно СКС и последующей сборки РКН в целом на борту СКС, транспортировки РКН на борту морской платформы к месту старта и подготовки РКН к очередному пуску, а также должно быть существенно увеличено ежегодное количество пусков (более 8 пусков в год) с морской платформы за счет использования РКН различного типа и размерности.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение недостатков отечественных космических транспортных систем, использующих семейство традиционных РКН легкого, среднего и тяжелого классов с наземным стартом, вызванных внутриконтинентальным расположением российских космодромов на высоких широтах. Целью предлагаемого изобретения является:

- создание универсальной отечественной космической транспортной системы, использующей семейство традиционных ступенчатых РКН легкого, среднего и тяжелого классов с улучшенными энергетическими и эксплуатационными характеристиками, повышение конкурентоспособности отечественных средств выведения на мировом рынке пусковых услуг за счет обеспечения запуска РКН над акваторией Мирового океана с использованием морского мобильного стартово-заправочного комплекса (МСЗК), размещенного в приэкваториальной зоне, для заправки топливом РКН с воздушным запуском с борта тяжелых экранолетов-носителей, а также для обеспечения запуска традиционных РКН наземного старта с пусковой установки на борту мобильной морской платформы МСЗК;

- обеспечение возможности для отечественных РКН оперативного выведения всего спектра полезных грузов (ПГ) легкого, среднего и тяжелого классов на околоземные орбиты с любым наклонением, исключение зон падения отделяемых частей РКН на суше и создание условий для независимого доступа России в космос;

- улучшение экономических показателей и коммерческой эффективности транспортной космической системы на базе семейства РКН легкого, среднего и тяжелого классов, стартующих в районе экватора с использованием размещенного там морского МСЗК. Поставленная цель достигается тем, что вместо нескольких традиционных космических транспортных систем с наземным стартом РКН легкого, среднего и тяжелого классов, использующих наземные стартовые комплексы на российских космодромах, предлагается создать универсальную космическую транспортную систему на базе семейства РКН легкого, среднего и тяжелого классов на экологически безопасных компонентах топлива для выведения ПГ на околоземные орбиты и отлетные траектории с обеспечением запуска РКН над акваторией Мирового океана на различных широтах, в том числе в приэкваториальной зоне, с использованием пусковой установки на борту морского МСЗК для запуска традиционных РКН наземного старта, а также для заправки РКН воздушного старта компонентами топлива и сжатыми газами на борту экранолетов-носителей с помощью систем МСЗК с целью их последующего запуска в приэкваториальной зоне. Применительно к условиям России, предлагаемая космическая транспортная система включает в свой состав расположенный на восточном побережье России, например, в

районе города Советская гавань, базовый наземный комплекс с аэродром и инфраструктурой для приема ракетных блоков, головных обтекателей, полезных грузов и другого оборудования; технический комплекс для сборки и проверки ракет-носителей, космических головных частей с полезными грузами и РКН в целом; прибрежную морскую базу для стоянки и техобслуживания экранопланов-транспортировщиков традиционных РКН и семейства экранолетов-носителей РКН с воздушным стартом в составе двух типо-размеров тяжелых экранолетов-носителей, например, грузоподъемностью 220-270 т и 600-650 т; семейство РКН легкого, среднего и тяжелого классов на экологически безопасных компонентах топлива с тандемным расположением моноблочных ракетных ступеней, создаваемых, например, на базе существующих РКН типа «Ангара - 1.2», «Зенит -3SL» и ее разрабатываемой в настоящее время отечественной модификации РКН «Союз-5»; заправочный комплекс для заправки РКН на борту экранолетов-носителей, находящихся на территории прибрежной морской базы, компонентами топлива и сжатыми газами, а также заправки топливом самих экранолетов-носителей; центр управления подготовкой и полетом авиационно-ракетного комплекса; морской МСЗК с пусковой установкой для запуска семейства традиционных РКН наземного старта и для заправки РКН воздушного старта на борту экранолетов-носителей и дозаправки экранолетов-носителей после посадки их вместе с не заправленной РКН на воду рядом с мобильной морской платформой МСЗК при большом удалении от базы, например, в приэкватриальной зоне.

Экранолеты-носители, входящие в состав космической транспортной системы, создаются на основе разрабатываемых в настоящее время по госпрограмме тяжелых экранолетов общего назначения путем дооснащения их необходимым специальным оборудованием для установки на экранолеты-носители РКН и обеспечения их функционирования на борту экранолета-носителя во время транспортировки к месту воздушного старта РКН. В состав дополнительно устанавливаемого на борт экранолета-носителя специального ракетного оборудования входят, например, транспортно-пусковой контейнер для размещения и десантирования РКН, средства заправки РКН на борту экранолета-носителя компонентами топлива и сжатыми газами и слива компонентов топлива при несостоявшемся пуске, средства термостатирования криогенных компонентов топлива РКН и полезного груза в период транспортировки к месту запуска РКН, средства электрообеспечения РКН на борту экранолета-носителя, средства предпусковой подготовки РКН на борту экранолета-носителя и обеспечения десантирования РКН, средства контроля функционирования систем РКН на борту экранолета-носителя, снятия и передачи телеметрической информации и т.д.

Экранолеты-носители транспортируются на прибрежную морскую базу космической транспортной системы самоходом с завода-изготовителя.

Ракетное оборудование (ракетные блоки, полезные грузы, головные обтекатели и т.д.) доставляются авиационным транспортом на аэродром наземного технического комплекса. На наземном техническом комплексе осуществляется сборка ракеты-носителя, космических головных частей с полезным грузом, сборка РКН в целом, заключительные испытания РКН и установка ее в транспортно-пусковой контейнер. Затем транспортно-пусковой контейнер с РКН монтируется на внешней подвеске сверху центроплана экранолета-носителя. Заправка РКН компонентами топлива и сжатыми газами производится на борту экранолета-носителя.

После заключительных проверок экранолет-носитель вместе с заправленной РКН взлетает с воды и на динамической воздушной подушке летит над поверхностью воды в заранее выбранный район запуска РКН над акваторией Мирового океана, обеспечивающий прямое выведение РКН на околоземную орбиту с заданным наклонением. Непосредственно перед десантированием РКН, экранолет-носитель уходит от поверхности воды, поднимается на высоту 6-8 км, выполняет маневр «горка» и осуществляет десантирование РКН, например, путем пневматического выталкивания РКН из транспортно - пускового контейнера. После десантирования РКН и удаления ее на безопасное расстояние от экранолета - носителя осуществляется управляемый разворот РКН в заданное положение, близкое к вертикальному, с последующим запуском маршевых двигателей первой ступени РКН.

Если расстояние от базы экранолетов-носителей до зоны десантирования и запуска РКН находится в пределах радиуса действия экранолета-носителя с заправленной РКН на борту, например, до 2000 км, РКН, находящаяся на борту экранолета-носителя, заправляется компонентами топлива и сжатыми газами на базе экранолетов-носителей, и после десантирования и запуска РКН экранолет-носитель возвращается непосредственно на прибрежную морскую базу. Если десантирование РКН осуществляется на большом удалении от базы, не позволяющем вернуться экранолету-носителю на базу без дозаправки, например, пуск РКН производится в приэкваториальной зоне на удалении 5000-7000 км от базы, экранолет-носитель летит вместе с не заправленной РКН в зону запуска РКН, где его должен ждать морской МСЗК, экранолет-носитель садится на воду, причаливает к мобильной пусковой платформе МСЗК, осуществляет заправку РКН компонентами топлива и дозаправку экранолета-носителя топливом с борта МСЗК, затем экранолет-носитель с заправленной РКН на борту взлетает с воды и летит у поверхности воды в точку пуска РКН, которая, по возможности, должна находиться на минимальном

удалении от МСЗК. После десантирования и запуска РКН экранолет-носитель снова возвращается к мобильной морской платформе МСЗК, дозаправляется топливом и затем летит на базу экранолетов-носителей в России.

Для функционирования рассмотренной транспортной космической системы с использованием семейства РКН легкого, среднего и тяжелого классов с воздушным стартом с борта тяжелых экранолетов-носителей должны быть созданы и отработаны два типа экранолетов-носителей, например, грузоподъемностью 220-270 т для воздушного запуска РКН легкого и среднего классов и 600-650 т для воздушного запуска РКН тяжелого класса, созданы и отработаны модификации существующих РКН легкого, среднего и тяжелого классов, адаптированные к условиям эксплуатации на борту экранолетов-носителей, отработана технология воздушного запуска РКН легкого, среднего и тяжелого классов с борта экранолетов-носителей. Все это потребует больших затрат средств и времени. Поэтому для ускорения создания транспортной космической системы на базе семейства РКН легкого, среднего и тяжелого классов с запуском над акваторией Мирового океана, в том числе в приэкваториальной зоне, предлагается воспользоваться поэтапным подходом с максимальным использованием готовой матчасти и проверенных технических решений. Такими техническими решениями на переходный период до создания тяжелых экранолетов-носителей для воздушного запуска РКН и самого семейства РКН легкого, среднего и тяжелого классов, адаптированных для эксплуатации на борту экранолетов-носителей и воздушного запуска РКН над акваторией Мирового океана в приэкваториальной зоне, является использование в качестве МСЗК модернизированных существующих мобильной морской платформы и сборочно-командного судна (СКС) российского транспортного космического комплекса «Морской старт» для запуска семейства традиционных РКН легкого, среднего и тяжелого классов с наземным стартом. При этом функции судна СКС и мобильной морской платформы существенно изменяются. В связи с тем, что в составе транспортной космической системы предлагается использовать семейство РКН легкого, среднего и тяжелого классов, то компактный технический комплекс на борту существующего судна СКС не сможет в приемлемые сроки обеспечить сборку всех типов планируемых к запуску РКН. Поэтому сборку РКН предлагается осуществлять на специализированном базовом наземном техническом комплексе на восточном побережье России. Судно СКС в этом случае применяется, в основном, для управления подготовкой и пуском РКН с борта мобильной пусковой платформы МСЗК, сбором и обработкой телеметрической информации, поступающей с РКН при выведении ПГ на рабочую орбиту. Кроме того, судно СКС предлагается использовать для хранения и техобслуживания РКН в период между

запусками РКН, размещения технического персонала, участвующего в предпусковой подготовке и пуске РКН, а также в начальный период, до создания экраноплана-транспортировщика РКН, для транспортировки полностью собранных РКН с базового технического комплекса в России к мобильной морской платформе, находящейся в приэкваториальной зоне.

Предусматриваются следующие этапы реализации проекта транспортной космической системы с использованием семейства РКН легкого, среднего и тяжелого классов с запуском над акваторией Мирового океана в приэкваториальной зоне. - На первом этапе на восточном побережье России создается специализированная наземная техническая база для сборки традиционных РКН легкого, среднего и тяжелого классов и транспортировки их в приэкваториальную зону; в приэкваториальной зоне на приемлемом удалении 5000-7000 км от наземной технической базы в России, например, вблизи г. Камрань во Вьетнаме, на широте 11,5° с.ш., размещается морской МСЗК, создаваемый с использованием модифицированной морской платформы и судна СКС комплекса «Морской старт»; доставка полностью собранных и проверенных РКН с нового ракетного технического комплекса на восточном побережье России, до создания экраноплана-транспортировщика РКН, производится на борту судна СКС (по две РКН за один рейс). После ввода в эксплуатацию экраноплана-транспортировщика РКН, создаваемого на базе разрабатываемого в настоящее время по госпрограмме экраноплана общего назначения с взлетной массой - 600 т и грузоподъемностью - 180 т, он будет использован для оперативной транспортировки традиционных РКН с наземным стартом к мобильной морской платформе МСЗК в приэкваториальной зоне.. Ввод его в эксплуатацию намечен на 2023-2024 гг. Не заправленная РКН транспортируется на борту экраноплана-транспортировщика внутри транспортного контейнера с обеспечением условий кондиционирования среды в контейнере. Контейнер с РКН устанавливается на внешней подвеске на центроплан экраноплана-транспортировщика. Экраноплан-транспортировщик оснащается специальными системами для обеспечения транспортировки и функционирования не заправленной РКН на борту экраноплана-транспортировщика: системами электропитания, газоснабжения, контроля параметров и кондиционирования среды в контейнере и т.д. В порту г. Камрань РКН перегружают с экраноплана-транспортировщика на мобильную морскую платформу или судно СКС. Данный экраноплан-транспортировщик за 11-12 часов летного времени, сможет доставлять с технической базы на восточном побережье России в порт г. Камрань любую не заправленную РКН из рассматриваемого семейства РКН легкого, среднего и тяжелого классов. Пуски традиционных РКН легкого, среднего и тяжелого классов с наземным

стартом производят с пусковой установки на морской платформе МСЗК по ранее отработанной технологии в составе комплекса «Морской старт». - На втором этапе эксплуатации предлагаемой космической транспортной системы, характеризующемся постепенным созданием и вводом в эксплуатацию экранолетов-носителей необходимой грузоподъемности для воздушного запуска семейства РКН и адаптацией используемых РКН к условиям эксплуатации на борту экранолетов-носителей, для запуска космических аппаратов в приэкваториальной зоне используются как РКН с воздушным запуском с борта экранолетов-носителей, так и традиционные РКН с наземным стартом с пусковой установки на борту мобильной морской платформы МСЗК, при этом не заправленную РКН с воздушным запуском доставляют в транспортно-пусковом контейнере на борту экранолета-носителя к мобильной морской платформе, заправляют ее на борту экранолета-носителя компонентами топлива и сжатыми газами с помощью заправочной системы мобильной морской платформы, затем РКН транспортируют на борту экранолета-носителя в точку старта, желательно на минимальном удалении от мобильной морской платформы, поднимают на высоту 6-8 км, десантируют и осуществляют запуск двигателей первой ступени; более тяжелые РКН, для которых еще не созданы экранолеты-носители нужной грузоподъемности или эти РКН еще не адаптированы для эксплуатации на борту экранолетов-носителей, транспортируют в транспортном контейнере в не заправленном состоянии на борту экраноплана-транспортировщика к мобильной морской платформе и перегружают на нее с целью последующего запуска с пусковой установки на мобильной морской платформе.

После создания и ввода в эксплуатацию семейства экранолетов-носителей с грузоподъемностью достаточной для воздушного запуска всего семейства РКН легкого, среднего и тяжелого классов и адаптации этих РКН к условиям эксплуатации на борту экранолетов-носителей и к условиям их десантирования с борта экранолетов-носителей, мобильная морская платформа МСЗК выполняет, в основном, функции заправочного комплекса РКН с воздушным запуском, доставляемых с базового наземного технического комплекса в России в не заправленном состоянии на борту экранолетов-носителей к базирующейся в приэкваториальной зоне мобильной морской платформе, а судно СКС выполняет, в основном, функции центра управления предпусковой подготовкой и пуском РКН, а также служит для приема и обработки телеметрической информации, поступающей с РКН и космического аппарата при выведении на орбиту; при этом в случае нештатных ситуаций, приводящих к отмене воздушного запуска РКН, мобильную морскую платформу используют для дозаправки экранолета-носителя перед возвращением РКН на техническую базу в России.

Графические иллюстрации

На фиг. 1 приведена упрощенная конструктивно-компоновочная схема авиационно-ракетного комплекса в составе экранолета-носителя и РКН типа «Союз-5» для транспортировки к месту воздушного запуска РКН транспортно-пускового контейнера с размещенной внутри него заправленной РКН:

1- транспортно-пусковой контейнер с размещенной внутри него РКН;

2- экранолет-носитель;

3- центроплан - крыло малого удлинения экранолета-носителя;

4 - продольные корпуса-скеги;

5 - хвостовые кили-стабилизаторы;

6 - консоли крыла;

7 - маршевые двигатели;

8 - поддувные двигатели.

Согласно фиг. 1 транспортно-пусковой контейнер 1 с размещенной внутри него РКН устанавливается на внешней подвеске сверху экранолета-носителя 2. Экранолет-носитель содержит центроплан 3 - крыло малого удлинения с двумя расположенными по бокам концевыми продольными корпусами-скегами 4. На корпусах-скегах смонтированы два хвостовых киля-стабилизатора 5, две консоли крыла 6 и маршевые двигатели 7. На передней балке, соединяющей корпуса-скеги, смонтированы поддувные двигатели 8, которые создают воздушную подушку под центропланом при взлете экранолета-носителя с поверхности воды, а также используются для создания дополнительной тяги при уходе экранолета-носителя от экрана и подъеме его на заданную высоту перед десантированием РКН. Десантирование РКН из транспортно-пускового контейнера 1 осуществляется с помощью пневматической системы выталкивания ракеты из контейнера горячим генераторным газом.

На фиг. 2 приведено возможное расположение зон воздушного запуска семейства РКН с борта экранолетов-носителей над акваторией Мирового океана при старте экранолетов-носителей с расположенной на территории России базы экранолетов-носителей вблизи г. Советская Гавань и трассы выведения полезных грузов на низкую околоземную орбиту, где позициями обозначены:

9 - место расположения базы экранолетов-носителей вблизи г. Советская Гавань с координатами ~49°00' с.ш. и ~140°20' в.д.;

10 - место расположения ближайшей к базе экранолетов-носителей зоны воздушного запуска РКН с координатами ~45°00' с.ш. и ~146°00' в.д., позволяющей выводить полезные грузы на низкие околоземные орбиты с наклонениями от i=45° до i=115°;

11 - место расположения зоны воздушного запуска РКН с координатами ~20° 00' с.ш. и

~125°00' в.д. для прямого выведения полезных грузов на низкие околоземные орбиты с наклонением i=20°;

12 - возможная зона воздушного запуска РКН для прямого выведения полезных грузов на экваториальные орбиты.

Согласно фиг. 2, ближайшая зона воздушного запуска РКН удалена от базы экранолетов всего на ~1000 км, что позволяет экранолету-носителю после десантирования и запуска РКН вернуться на базу без дозаправки. Между позициями 10 и 11 расположены зоны воздушного запуска РКН для выведения полезных грузов на околоземные орбиты с наклонениями от i=20° до i=45°. Как показано на фиг. 2, в случае прямого выведении полезных грузов на орбиты с наклонениями от i=30° до i=20° удаление экранолета-носителя от базы экранолетов-носителей в России составляет от 2500 до 4000 км, что может потребовать дозаправки экранолета-носителя перед возвращением на базу. Позиция 12 показывает возможную зону размещения мобильного стартово-заправочного комплекса в районе экватора для заправки РКН компонентами топлива и дозаправки экранолета-носителя для последующего воздушного запуска РКН с экранолета-носителя и выведения полезных грузов на экваториальные орбиты. Трассы выведения полезных грузов для рассмотренных зон воздушного запуска РКН проходят над акваторией Мирового океана, все районы падения отделяемых частей РКН находятся над мало судоходной акваторией Мирового океана.

На фиг. 3 показаны возможные зоны запуска РКН с экранолета-носителя при расположении морского мобильного стартово-заправочного комплекса в прибрежной зоне недалеко от аэропорта г. Камрань (Вьетнам), где позициями 13-17 обозначены:

13 - место расположения в России базового технического комплекса и гидродрома;

14 - зоны воздушного запуска РКН (широта ~10° с.ш., долгота 115-135° в.д.) на орбиты с наклонениями от i=0° до i=30°;

15 - зоны воздушного запуска РКН (широта 0°, долгота 125°-135° в.д.) на экваториальные орбиты;

16 - зоны воздушного запуска РКН (широта ~11° ю.ш., долгота 105°-110° в.д.) на приполярные орбиты с наклонениями от i=80° до i=110°.

17 - место расположения морского мобильного стартово-заправочного комплекса, в прибрежной зоне недалеко от аэропорта г. Камрань (широта ~12° с.ш., долгота ~110° в.д.).

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Создается базовый наземный технический комплекс для сборки и предполетной подготовки ракет космического назначения (РКН) и прибрежная морская база для стоянки экранолетов-носителей РКН воздушного старта и экранопланов-транспортировщиков РКН наземного старта. РКН с воздушным стартом доставляют к месту запуска с помощью тяжелых экранолетов-носителей. РКН с наземным стартом запускают в приэкваториальной зоне с пусковой установки на морской платформе мобильного стартово-заправочного комплекса (МСЗК), куда их оперативно доставляют в незаправленном состоянии на борту экраноплана-транспортировщика. МСЗК также используют для заправки компонентами топлива РКН с воздушным стартом на борту экранолетов-носителей при необходимости запуска их в приэкваториальной зоне. Экранолет-носитель с заправленной РКН в транспортно-пусковом контейнере поднимается на высоту 6-8 км на минимальном удалении от МСЗК, осуществляет десантирование и воздушный запуск РКН. Техническим результатом изобретения является увеличение грузоподъемности РКН, исключение необходимости выделения больших площадей суши под зоны отчуждения. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Универсальная космическая транспортная система на базе семейства ракет космического назначения легкого, среднего и тяжелого классов с запуском ракет космического назначения над акваторией Мирового океана, характеризующаяся тем, что в состав космической транспортной системы входят расположенный на восточном побережье России базовый наземный комплекс с аэродромом и инфраструктурой для приема ракетных блоков, головных обтекателей, полезных грузов и другого оборудования; базовый технический комплекс для сборки, испытаний и предполетной подготовки ракет космического назначения вместе с полезными грузами и установки их в транспортный или в транспортно-пусковой контейнер; при этом в качестве ракет космического назначения используют семейство моноблочных ракет легкого, среднего и тяжелого классов с тандемным расположением ракетных ступеней, работающих на экологически безопасных компонентах топлива; прибрежная морская база для хранения, межполетного техобслуживания и предполетной подготовки экранопланов-транспортировщиков ракет космического назначения и экранолетов-носителей, обеспечивающих воздушный запуск ракет космического назначения; средства для установки транспортного и транспортно-пускового контейнеров вместе с находящимися в них незаправленными ракетами на верхнюю поверхность экраноплана-транспортировщика и экранолетов-носителей; базовый заправочный комплекс для заправки ракет космического назначения на борту экранолетов компонентами топлива и сжатыми газами в случае воздушного запуска ракет с борта экранолетов на малом удалении, например до 2000 км, от базы; центр управления предпусковой подготовкой и полетом авиационно-ракетного комплекса; морской мобильный стартово-заправочный комплекс, предназначенный для запуска традиционных ракет космического назначения с пусковой установки на борту пусковой платформы мобильного стартово-заправочного комплекса и для обеспечения заправки и последующего воздушного запуска ракет с борта экранолетов в приэкваториальной зоне на удалении 5000-7000 км от прибрежной морской базы в России; при этом в качестве экранолетов-носителей для воздушного запуска ракет космического назначения используют семейство из двух типоразмеров тяжелых экранолетов-носителей, например, с максимальной грузоподъемностью 220-270 т для воздушного запуска ракет легкого и среднего классов и 600-650 т для воздушного запуска ракет космического назначения тяжелого класса, которые доставляют заправленные ракеты в заранее выбранные районы над акваторией Мирового океана с малым удалением от базы, и незаправленные ракеты в приэкваториальную область, где базируется морской мобильный стартово-заправочный комплекс, с которого производят заправку ракет воздушного запуска на борту экранолетов-носителей компонентами топлива и дозаправку экранолетов-носителей топливом, что позволяет при воздушном запуске ракет с борта экранолетов и наземном запуске с морской платформы в приэкваториальной зоне осуществлять прямое выведение полезных грузов на околоземные орбиты в широком диапазоне наклонений орбит выведения, в том числе на экваториальные орбиты, при соблюдении необходимых ограничений на трассы выведения ракет; при этом экранолеты-носители создают на основе разрабатываемых по госпрограмме экранолетов общего назначения, на которые устанавливают специальное ракетное оборудование, в состав которого входят: транспортно-пусковой контейнер с элементами установки и крепления его на экранолете для размещения и десантирования ракеты, средства заправки ракеты на борту экранолета компонентами топлива и сжатыми газами и слива компонентов топлива при несостоявшемся пуске, средства термостатирования криогенных компонентов топлива ракеты и полезного груза в период транспортировки к месту запуска ракеты, средства электрообеспечения ракеты на борту экранолета, средства предпусковой подготовки ракеты на борту экранолета и обеспечения десантирования ракеты, средства контроля функционирования систем ракеты на борту экранолета, снятия и передачи телеметрической информации при транспортировке ракеты к месту воздушного запуска, при ее десантировании и запуске, а также при возвращении ракеты на базу или к мобильному морскому стартово-заправочному комплексу в случае отмены пуска.

2. Способ поэтапного создания космической транспортной системы по п 1, отличающийся тем, что на первом этапе до ввода в эксплуатацию семейства тяжелых экранолетов-носителей с необходимой грузоподъемностью, а также до создания семейства ракет космического назначения легкого, среднего и тяжелого классов с воздушным запуском, адаптированных для эксплуатации на борту экранолетов-носителей, для выведения космических аппаратов на околоземные орбиты в широком диапазоне наклонений используют семейство традиционных моноблочных ракет космического назначения легкого, среднего и тяжелого классов с наземным стартом и автоматической предстартовой подготовкой по типу ракеты-носителя «Зенит-3SL», для запуска которых в приэкваториальной зоне в качестве морского мобильного стартово-заправочного комплекса используют мобильную морскую платформу и сборочно-командное судно российского транспортного космического комплекса «Морской старт», при этом ракетную пусковую установку на борту мобильной морской платформы дорабатывают для обеспечения запуска семейства ракет-космического назначения легкого, среднего и тяжелого классов, а сборочно-командное судно используют для транспортировки полностью собранных и готовых к пуску ракет космического назначения с наземного базового технического комплекса на восточном побережье России к расположенной в приэкваториальной зоне мобильной морской платформе, кроме того, сборочно-командное судно используют для размещения технического персонала, участвующего в подготовке и проведении пуска ракет; для хранения и техобслуживания ракет космического назначения до перегрузки их на мобильную морскую платформу, осуществления контроля и управления пусковыми операциями, приема и обработки телеметрической информации, поступающей с ракеты космического назначения в ходе пуска и выведения на орбиту; в дальнейшем для сокращения времени доставки и подготовки к очередному пуску традиционных ракет космического назначения с морской платформы полностью собранные на базовом техническом комплексе в России и готовые к пуску незаправленные ракеты космического назначения доставляют в транспортном контейнере к мобильной морской платформе на борту экраноплана-транспортировщика, создаваемого, например, на основе разрабатываемого в России в настоящее время по госпрограмме экраноплана общего назначения типа «Орлан» с взлетной массой - 600 т, при этом экраноплан-транспортировщик ракет космического назначения оснащают средствами для установки и крепления транспортного контейнера с незаправленной ракетой на борту экраноплана-транспортировщика, средствами для перегрузки ракеты космического назначения с экраноплана-транспортировщика на мобильную морскую платформу или на сборочно-командное судно, а также системами, обеспечивающими транспортировку ракет космического назначения к мобильной морской платформе: системами электропитания, газоснабжения, контроля параметров и кондиционирования газовой среды в контейнере и т.д.; после перегрузки ракеты космического назначения на транспортно-установочный агрегат на мобильной морской платформе подготовка к пуску и пуск ракеты космического назначения осуществляют по ранее отработанной технологии запуска ракет космического назначения с пусковой установки на мобильной морской платформе, принятой для транспортного космического комплекса «Морской старт»; на втором этапе эксплуатации предлагаемой космической транспортной системы, характеризующемся постепенным созданием и вводом в эксплуатацию экранолетов-носителей необходимой грузоподъемности для воздушного запуска семейства ракет космического назначения и адаптацией используемых ракет к условиям эксплуатации на борту экранолетов-носителей, для запуска космических аппаратов в приэкваториальной зоне используют как ракеты космического назначения с воздушным запуском с борта экранолетов-носителей, так и традиционные ракеты космического назначения с наземным стартом с пусковой установки на борту мобильной морской платформы, при этом незаправленные ракеты космического назначения с воздушным запуском доставляют в транспортно-пусковом контейнере на борту экранолета-носителя к мобильной морской платформе, заправляют ее на борту экранолета-носителя компонентами топлива и сжатыми газами с помощью заправочной системы мобильной морской платформы, затем ракету космического назначения транспортируют на борту экранолета-носителя в точку старта, желательно на минимальном удалении от мобильной морской платформы, поднимают на высоту 6-8 км, десантируют и осуществляют запуск двигателей первой ступени; более тяжелые ракеты космического назначения, для которых еще не созданы экранолеты-носители нужной грузоподъемности или эти ракеты еще не адаптированы для эксплуатации на борту экранолетов-носителей, транспортируют в транспортном контейнере в незаправленном состоянии на борту экраноплана-транспортировщика к мобильной морской платформе и перегружают на нее с целью последующего запуска с пусковой установки на мобильной морской платформе; после создания и ввода в эксплуатацию семейства экранолетов-носителей с грузоподъемностью, достаточной для воздушного запуска всего семейства ракет космического назначения легкого, среднего и тяжелого классов, и адаптации этих ракет к условиям эксплуатации на борту экранолетов-носителей и к условиям их десантирования с борта экранолетов-носителей мобильная морская платформа выполняет, в основном, функции заправочного комплекса ракет космического назначения с воздушным запуском, доставляемых с базового наземного технического комплекса в России в незаправленном состоянии на борту экранолетов-носителей к базирующейся в приэкваториальной зоне мобильной морской платформе, а сборочно-командное судно выполняет, в основном, функции центра управления предпусковой подготовкой и пуском ракет космического назначения, а также служит для приема и обработки телеметрической информации, поступающей с ракеты космического назначения и космического аппарата при выведении на орбиту; при этом в случае нештатных ситуаций, приводящих к отмене воздушного запуска ракеты космического назначения, мобильную морскую платформу используют для дозаправки экранолета-носителя перед возвращением ракеты космического назначения на техническую базу в России.