Современная ракетно-космическая техника. Транспортные системы

Важнейшим компонентом SABRE должна стать компактная система предварительного охлаждения (СПО), которая сможет охлаждать поступающий забортный воздух с температурой более 1000°С до -140… -150°С всего за одну сотую секунды, причем предотвращая появление льда в холодном газе. У REL имеется некая «секретная технология», позволяющая при таком скоростном охлаждении избежать появления в воздухе кристалликов льда, способных забить теплообменник.

Что касается «Скайлона», то, по замыслу британцев, 83-метровый ВКС будет летать в автоматическом режиме, а в отдаленной перспективе – и в пилотируемом, выводя на низкую орбиту груз весом около 17 т. Не отличаясь по конструкции от грузового, пилотируемый Skylon будет нести в грузовом отсеке обитаемый модуль SPLM (Skylon Payload & Logistics Module), оснащенный стыковочным узлом, совместимым с таковыми на МКС.

Интерьер пассажирского модуля

В верхней части SPLM конструкторы предлагают сделать иллюминаторы. Хотя при взлете и посадке створки грузового отсека ВКС, в котором окажется пассажирский модуль, закрыты, во время полета по орбите их можно будет открыть, а сам аппарат повернуть «на спину», чтобы пассажиры могли полюбоваться Землей. SPLM может вмещать от пяти до 24 человек, а также до трех тонн груза. Это будет или багаж пассажиров, совершающих космические трансконтинентальные перелеты, или припасы для МКС. При необходимости аппарат сможет оставаться на орбите пару недель и работать в качестве туристического лайнера. В отдаленной перспективе Skylon планируют использовать и для модернизации МКС: ракетоплан сможет не просто доставить фермы, солнечные батареи, антенны и другие элементы конструкции, но и поможет в их установке, обеспечивая длительное удержание во внешних захватах и манипуляции на пару с Canadarm. ВКС разрабатывается не только как универсальное средство доставки на орбиту любых грузов, но и как гиперзвуковой летательный аппарат многоцелевого назначения. Он будет способен выводить на низкую околоземную орбиту достаточно крупные спутники разного типа или наборы малых аппаратов, например до нескольких сотен «кубсатов».

Теплообменник двигателя SABRE

Стыковка ВКС Skylon с орбитальной станцией

Каждый спутник требуется вывести на свою орбиту, но вовсе не обязательно делать это при помощи самого ВКС. В грузовом отсеке Skylon может размещаться дополнительный транспортный модуль (межорбитальный буксир), доставляющий выводимые КА на заданные орбиты и возвращающийся обратно с минимальными затратами. После этого Skylon запустит программу возвращения: сойдет с орбиты с помощью двигателей и совершит планирующий спуск в атмосфере и посадку на ВПП. Не исключен и более «приземленный» вариант использования SABRE – в качестве силовой установки гиперзвукового пассажирского авиалайнера Lapcat. Его разработку ведет крупнейший производитель самолетов – европейский концерн Airbus. В октябре 2015 г. сообщалось, что Lapcat способен летать с крейсерским числом М=4.5 и доставлять пассажиров из Лондона в Нью-Йорк за час, а перелет из британской столицы в Сидней может занять всего четыре часа. Максимальная скорость полета, по расчетам, достигнет 6400 км/ч, а высота – 28 км.

Посадка ВКС Skylon

Pegasus XL

Ракета-носитель Pegasus X

Pegasus (Пегас) – американская крылатая ракета-носитель лёгкого класса воздушного старта. Разработана корпорацией Orbital Sciences Corporation. Старт производится с помощью специально оборудованного самолёта L-1011 Stargazer фирмы Lockheed Corporation. Отделение ракеты от самолёта-носителя происходит на высоте порядка 12 км. Легкий носитель Pegasus XL, оснащенный дополнительной жидкостной четвертой ступенью, способен доставить груз массой 165 кг на геопереходную орбиту. Твердотопливные двигатели трех ступеней Pegasus, а также крылья, хвостовой узел и обтекатель создала Hercules Aerospace.

Самолёт-носитель с ракетой перед стартом

Разработку большей части узлов провела группа под руководством доктора Антонио Элиаса (Antonio Elias), крыло же спроектировали в фирме Scaled Composites под руководством Берта Рутана (Burt Rutan). Аэродинамическая схема ракеты была определена только численными методами без продувок в аэродинамических трубах. Ракета проектировалась на уже освоенной элементной базе, позволявшей сократить до минимума стендовую отработку.

Предполётное обслуживание РН Pegasus

Бортовые системы, за исключением самоликвидации, не дублировались. Испытательный полет не предусматривался. Ракета Pegasus длиной 15.5 м представляет собой сборку трех твердотопливных ступеней, из которых первые две имеют диаметр 1.27 м, а третья – 0.96 м. Верхняя ступень с приборным отсеком закрывается двухлепестковым обтекателем с диаметром, соответствующим размеру нижних ступеней.

Обтекатель, как и все маршевые РДТТ ракеты, изготавливается фирмой Hercules из композиционных материалов. Общая доля композитов в массе конструкции ракеты составляет 94%, алюминия – 5%, а 1% приходится на титановые сплавы. Масса снаряжаемого топлива и средняя тяга двигателя первой ступени составляют 12.1 т и 50.7 тс, РДТТ второй ступени – 3 т и 12.6 тс, РДТТ третьей ступени – 0.77 т и 4 тс соответственно. Первый пуск Pegasus был произведен 5 апреля 1990 г. с самолета-носителя В-52 Stratofortress и прошел успешно. В 1994 г. компания поменяла самолет на модернизированный L-1011, ранее принадлежавший Air Canada.

Схема деления ракеты

Схема полёта

Самолёт-носитель назвали Stargazer. Наземный комплекс ракет Pegasus первоначально был развернут в Летно-исследовательском Центре имени Драйдена, однако из-за его ограниченных технических возможностей в 1994 г. компания OSC перенесла все службы комплекса на авиабазу Ванденберг. Там военные предоставили ей более обширные помещения, позволившие вести работы одновременно с четырьмя изделиями. В том же году появился новый, более грузоподъемный вариант РН – Pegasus XL. Его первая и вторая ступени длиннее, а крыло усилено, чтобы нести больший вес. В новой версии ракеты появился адаптер, позволяющий выводить на орбиту сразу два КА. Обтекатель, правда, остался прежним, поэтому аппараты для совместного запуска должны быть относительно компактными.

Транспортировка РН Pegasus к самолёту

Многоразовая авиационно-космическая система АО ИСОН (проект)

Многоразовый ракетоплан (компоновка)

Многоразовая авиационно-космическая система АО ИСОН – проект предусматривающий создание многоцелевого космического аппарата. Ракетоплан предусматривает решения задач как в воздушном пространстве, так и в космосе. Воздушный старт с самолета-носителя, как ожидается, позволит эксплуатировать космический аппарат в любой точке планеты и обеспечит снижение стоимости запуска. Проект предлагает строительство авиакосмической системы, состоящей из самолета-носителя и орбитального ракетоплана. Носитель должен будет поднимать орбитальный самолет на заданную высоту и выводить на заданную траекторию. После отделения ракетоплан, с помощью ЖРД, установленного на его борту, должен будет совершать полет по заданной программе. Проект компании «ИСОН» предусматривает строительство

Схема испытательного полёта демонстратора

ракетоплана по аэродинамической схеме «безхвостка». Аппарат будет являться низкопланом с крылом малого размаха и килями на законцовках. Проект предусматривает выход на орбиту при помощи собственного ЖРД, что соответствующим образом сказалось на облике и конструкции аппарата. Ракетоплан должен иметь фюзеляж большого удлинения в основном цилиндрической формы. При этом предусматриваются скругленный носовой обтекатель и расширяющийся хвостовой двигательный отсек. В носовой части и в центре фюзеляжа предусмотрены два приборных отсека. Между ними, а также за центральным отсеком размещаются баки для компонентов топлива. Орбитальный самолет получает трапециевидное в плане крыло малого размаха и удлинения, оснащенное развитыми передними наплывами. Задняя кромка крыла оснащается элевонами максимально возможного размаха. На законцовках крыла располагаются два стреловидных киля. Сзади двигательного отсека, снизу, расположена дополнительная аэродинамическая поверхность, выполняющая функции руля высоты. В качестве силовой установки предлагается использовать жидкостный ракетный двигатель 14Д30, заимствованный у разгонного блока «Бриз». Это изделие имеет сухую массу 95 кг и длину 1,15 м при поперечнике не более 950 мм. Двигатель использует топливную пару «НДМГ-АТ», управляющий газ – азот. Тяга определена в 2000 кгс, удельный импульс – 328,6 с. Максимальное время одного включения – 2500 с. Такие характеристики будут достаточны для предлагаемого летного демонстратора. Габариты и масса будущего опытного образца остаются неизвестными. На схеме, показывающей профиль полета, масштабируемый лётный демонстратор (МЛД) ракетоплана изображен на высотном самолете М-55 «Геофизика». Это изделие, как ожидается, сможет выполнять суборбитальные или полноценные орбитальные полеты. В первом случае высота траектории будет достигать 160 км. Скорость на суборбитальной траектории достигнет М=7. Максимально достижимая высота орбиты определяется в 500 км. Расчетный ресурс аппарата – 50 полетов. Перспективный многоразовый аппарат будет подниматься в воздух при помощи самолета-носителя. Самолёт-носитель, с которого будут осуществляться старты ракетоплана ещё не определён. Проект находится на ранней стадии и по этому отсутствует информация о габаритах и массе аппарата. Вероятно, эти особенности перспективного проекта раскроют в будущем. В рамках полетов с разным профилем космический аппарат сможет выполнять широкий круг задач. Прежде всего, его предлагается использовать в качестве платформы для проведения экспериментов, а также в качестве суборбитального транспорта. В частности, многоразовый корабль сможет выводить на низкие орбиты различные спутники, имеющие допустимые габариты и массу.

Launcher One (на этапе ЛКИ)

Авиационно-космическая система Launcher One

Ракета-носитель воздушного старта

Launcher One – авиационно-космическая система, предназначенная для запуска на орбиту малых КА. Система выведения с ракетой Launcher One была впервые упомянута еще в 2008 г., а ее развернутая презентация состоялась в 2012 г., после почти четырех лет разработки. Первоначально в качестве стартовой платформы в проекте предлагался самолет-носитель

Отделение ракеты от самолёта-носителя

WhiteKnightTwo (WK2) суборбитального туристического ракетоплана SpaceShipTwo (SS2): в 2012 г. об этом заявила Virgin Galactic. Тем не менее этот план был пересмотрен в пользу иного

Ракета-носитель на подкрыльевом пилоне самолёта

носителя, поскольку массо-габаритные характеристики ракеты Launcher One со временем выросли, а возможности носителя WK2 были ограничены. В сентябре 2015 г. сетевой ресурс nasaspaceflight.com сообщил, что Virgin Galactic находится на финальном этапе выбора специально выделенного самолета для Launcher One. Компания выполнила «комплексное обследование всего рынка коммерческих самолетов», обнаружив, что Boeing 747 обладает наилучшим сочетанием стоимости, статистики и развитым потенциалом межполетного обслуживания. Преимущество нового самолета-носителя заключается в более высокой грузоподъемности, что позволяет существенно нарастить характеристики ракеты.

Вид на двигатель первой ступени РН

До этого Launcher One при запуске с WK2 мог бы выводить полезную нагрузку до 100 кг на полярную или солнечно-синхронную (ССО) и 300 кг – на экваториальную орбиту примерно за 10 млн $. Переход на самолет-носитель 747—400 позволил Virgin Galactic увеличить массу, выводимую на ССО, до 300 кг, или на экваториальную орбиту – до 450 кг. И все по той же цене – 10 млн $. Кроме того, переход на Boeing 747—400 означает, что Launcher One сможет воспользоваться возможностью запуска на полярные орбиты и ССО из точки, отстоящей примерно на 80 км к западу от побережья Лос-Анджелеса, штат Калифорния, и на таком же расстоянии от восточного побережья мыса Канаверал,

Сборочный цех ракет-носителей

штат Флорида, для экваториальных миссий. Поднявшись с аэродрома с двумя пилотами и по меньшей мере одним оператором пуска на борту, самолёт-носитель будет в состоянии достичь района воздушного пуска ракеты – «зоны сброса» – через 30 ми- нут после взлета. Отделившись от левой консоли крыла самолета-носителя, Launcher One запустит двигатель Newton Three первой ступени, который развивает тягу 33.3 тс и работает в течение примерно трех минут на топливе «жидкий кислород – керосин». После разделения ступеней включится Newton Four верхней ступени тягой 2.27 тс. Он работает в течение почти шести минут на тех же компонентах. После этого начнется 45-минутная баллистическая пауза, по завершении которой ракета выдаст апогейный импульс, формирующий расчетную орбиту. Обе ступени Launcher One безопасно упадут в море (последняя будет сведена с орбиты), а самолет-носитель вернется в аэропорт, где может быть подготовлен к следующему полету. Launcher One позиционируется в качестве «доступного специализированного средства доставки на орбиту небольших спутников», направленного на удовлетворение потребностей коммерческих и государственных заказчиков, по цене 10 млн $. Стартовая масса ракеты-носителя оценивается в 25 т.

Транспортировка ракеты к самолёту

Военные транспортные системы

Х-37В

Посадка космоплана X-37B

Х-37В – крылатый аппарат со стартовой массой около 5000 кг, имеющий крыло двойной стреловидности, V-образное оперение и трехопорное посадочное шасси. Длина космоплана – 8.92 м, размах крыла – 4.55 м, высота – 2.90 м. В хвостовой части размещен маршевый жидкостный ракетный двигатель AR2—3 фирмы Rocketdyne с тягой около 3 тс, имеются двигатели реактивной системы управления. В орбитальном полете аппарат запитывается от развертываемой солнечной батареи и литий-ионных аккумуляторов. Грузовой отсек с двухстворчатым люком имеет длину 2.1 м при диаметре 1.2 м. Максимальная масса полезного груза, размещаемого в нем, оценивается в 500 кг. Первый испытательный орбитальный пуск состоялся 22 апреля 2010 г. на ракете Atlas V.

Х-37В с открытым грузовым отсеком

За первым полетом последовали еще четыре со все возрастающей продолжительностью. Задачи их описывались лишь в самых общих чертах – как испытания новых технологий в реальных космических условиях. В редких случаях назывались экспериментальные установки, размещенные на борту на коммерческой основе. В частности, в пятом полете они проводились

Компоновка Х-37В

Общий вид Х-37В

Исследовательской лабораторией ВВС США. Орбитальные данные на X-37B не сообщались, но наблюдатели весьма успешно, хотя и с перерывами, отследили все пять полетов. Четыре первых проходили по орбитам с невысоким наклонением – от 38° для OTV-4 до 43.5° для OTV-3, – практически не «цепляя» территорию России, и лишь в пятый раз космоплан запустили на наклонение 54.5°. Ни один аппарат не поднимался выше 440 км, а

Х-37В на взлётной полосе

два последних полета проходили на двух основных рабочих высотах: 315—317 км и 344—352 км.

Phantom Express (проект)