Многоразовая ступень ракеты-носителя

Изобретение относится к средствам выведения полезной нагрузки. Многоразовая ступень содержит приборный отсек (1), конический бак (2) окислителя и торовый бак (3) горючего. Бак (3) образует с платформой (4), закрепленной на штоке гидроцилиндра (5), отсек полезной нагрузки (6). В двигательном отсеке (7) установлены четырехкамерные маршевый жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) (8) и рулевой ЖРД с камерами (10), который обеспечивает также и посадку ступени. Каждая камера (9) маршевого ЖРД (8) может поворачиваться (складываться) в одной плоскости. Гидроцилиндр (5) обеспечивает перемещение платформы (4) с полезной нагрузкой (11) вдоль оси ступени. Снаружи торового бака (3) закреплены складные посадочные опоры (12). Технический результат направлен на улучшение массово-габаритных характеристик ступени. 7 ил.

 

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для создания многоразовой ступени ракеты-носителя (РН).

Известен многоразовый орбитальный космический корабль «Буран», предназначенный для доставки на орбиту грузов и выполненный по самолетной схеме типа «бесхвостка» с крылом переменной стреловидности (С.П. Уманский. "Ракеты-носители. Космодромы". - М. Изд-во Рестарт+. 2001, рис. 18, стр. 53-54).

Основными недостатками известного многоразового космического корабля «Буран» являются значительная масса, сложность конструкции и потеря в процессе выведения полезной нагрузки двигателей второй ступени.

Известна многоразовая транспортная космическая система «Space Shuttle», предназначенная для доставки на орбиту грузов, орбитальная ступень которой выполнена по самолетной схеме типа «бесхвостка» (С.П. Уманский. "Ракеты-носители. Космодромы". - М. Изд-во Рестарт+. 2001, рис. 58-59, стр. 139-141).

Основными недостатками известной многоразовой транспортной космической системы «Space Shuttle» являются значительная масса и сложность конструкции, потеря в процессе выведения полезной нагрузки баков окислителя и горючего орбитальной ступени.

Известен многоразовый разгонный блок РН, имеющий наружную аэродинамическую поверхность типа крыльев, выполненных зацело с корпусом, посадочные шасси и раскрывающийся головной обтекатель (патент на полезную модель РФ №147066, МПК: B64G 1/00 - прототип).

Основными недостатками известного разгонного блока РН являются значительные габариты и масса конструкции.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и улучшение массово-габаритных характеристик многоразовой ступени РН.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенная многоразовая ступень РН содержит приборный отсек, конический бак окислителя, торовый бак горючего, который образует с платформой, закрепленной на гидроцилиндре, установленном на оси ступени, отсек полезной нагрузки, двигательный отсек, содержащий объединенную двигательную установку, состоящую из маршевого четырехкамерного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и четырехкамерного рулевого ЖРД, обеспечивающего управления вектором тяги и посадку ступени, причем каждая камера маршевого ЖРД может поворачиваться в одной плоскости, а камеры рулевого ЖРД установлены равномерно по окружности и соединены с двигательным отсеком, при этом гидроцилиндр обеспечивает перемещение платформы с полезной нагрузкой вдоль оси ступени, а на наружной поверхности торового бака горючего закреплены посадочные опоры.

Предлагаемая конструкция многоразовой ступени РН, за счет своих отличительных признаков, обеспечивает решение поставленной технической задачи - улучшение массово-габаритных характеристик многоразовой ступени РН.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид многоразовой ступени РН в аксонометрии с разрезом, на фиг. 2 - общий вид многоразовой ступени РН ступени после отделения от нижней ступени РН в аксонометрии, на фиг. 3 - общий вид многоразовой ступени РН при совместной работе маршевого и рулевого ЖРД объединенной двигательной установки в аксонометрии, на фиг. 4 - общий вид многоразовой ступени РН перед отделением полезной нагрузки в аксонометрии, на фиг. 5 - общий вид многоразовой ступени РН после отделения полезной нагрузки в аксонометрии, на фиг. 6 - общий вид многоразовой ступени РН при спуске с орбиты в аксонометрии, на фиг. 7 - общий вид многоразовой ступени РН при посадке в аксонометрии.

Многоразовая ступень РН содержит приборный отсек 1, конический бак окислителя 2, торовый бак горючего 3, который образует с платформой 4, закрепленной на гидроцилиндре 5, установленном на оси ступени, отсек полезной нагрузки 6, двигательный отсек 7, содержащий объединенную двигательную установку (не показана). Двигательный отсек 7 соединен с нижней ступенью РН (не показана).

Объединенная двигательная установка состоит из маршевого четырехкамерного ЖРД 8 и четырехкамерного рулевого ЖРД (не показан), обеспечивающего управления вектором тяги и посадку ступени, причем каждая камера 9 маршевого ЖРД 8 может поворачиваться в одной плоскости, а камеры 10 рулевого ЖРД установлены равномерно по окружности и соединены с двигательным отсеком 7.

Гидроцилиндр 5 обеспечивает перемещение платформы 4 с полезной нагрузкой 11 вдоль оси ступени, а на наружной поверхности торового бака горючего 3 закреплены посадочные опоры 12.

Предложенная многоразовая ступень РН работает следующим образом.

После отделения от нижней ступени РН производится разворот камер 9 маршевого ЖРД 8 в направлении к выходной части камер 10 рулевого двигателя и компоненты топлива из конического бака окислителя 2 и торового бака горючего 3 поступают в объединенную двигательную установку. Производится запуск маршевого ЖРД 8 и рулевого ЖРД и ступень начинает движение по заданной траектории.

В заданный момент времени происходит отключение маршевого ЖРД 8 и разворот камер 9 маршевого ЖРД 8 в направлении двигательного отсека 7, что обеспечивает беспрепятственный выход полезной нагрузки 11 из отсека полезной нагрузки 6.

При достижении заданной орбиты производится отключение рулевого ЖРД и гидроцилиндр 5 перемещает платформу 4 с полезной нагрузкой 11 к выходной части отсека полезной нагрузки 6. Далее происходит отделение полезной нагрузки 11 от ступени.

После отделения полезной нагрузки 11 камеры 9 маршевого ЖРД 8 разворачиваются в направлении платформы 4, и начинается спуск ступени с орбиты.

На начальном участке спуска торможение осуществляется за счет аэродинамического торможения. После производится запуск рулевого ЖРД.

Непосредственно перед посадкой ступени выпускаются посадочные опоры 12. После посадки ступени рулевой ЖРД прекращает свою работу.

Использование предложенного технического решения позволит повысить конструктивное совершенство и улучшить массово-габаритные характеристики многоразовой ступени РН.

Многоразовая ступень ракеты-носителя, содержащая приборный отсек, конический бак окислителя, торовый бак горючего, который образует с платформой, закрепленной на гидроцилиндре, установленном на оси ступени, отсек полезной нагрузки, двигательный отсек, содержащий объединенную двигательную установку, состоящую из маршевого четырехкамерного жидкостного ракетного двигателя (ЖРД) и четырехкамерного рулевого ЖРД, обеспечивающего управления вектором тяги и посадку ступени, причем каждая камера маршевого ЖРД может поворачиваться в одной плоскости, а камеры рулевого ЖРД установлены равномерно по окружности и соединены с двигательным отсеком, при этом гидроцилиндр обеспечивает перемещение платформы с полезной нагрузкой вдоль оси ступени, а на наружной поверхности торового бака горючего закреплены посадочные опоры.