Техника многоразовых космических аппаратов. Лекция 01. Общие вопросы

1.

Тимошенко Валерий Павлович
Техника многоразовых космических аппаратов
Лекция 01: Общие вопросы
Буран
Молния-МАКС
Space Shuttle
Бор-4
Hermes
X-33

2.

Основные типы космических аппаратов
V∞
а
V∞
б
V∞
в
а – «Восток», («Восход», «Янтарь», «Фотон»); б – «Радуга», («Экспресс»);
в – «Демонстратор»
Возвращаемые аппараты баллистического спуска

3.

Основные типы космических аппаратов
СА Foton + СК Mirka
(Восток, Восход)
СК Mirka
СК Express
(СК Салют)
СК USERS
Возвращаемые аппараты баллистического спуска

4.

α
V∞
α
α
V∞
V∞
α
α
V∞
V∞
Спускаемые аппараты с управляемым
аэродинамическим качеством
а – «Союз»; б – Apollо; в – «ТКС-Алмаз»; г – «Бор-4»; д – PRE-X

5.

СА Союз
Apollo
СА Шень-Чжоу
СА Алмаз
ARD
Спускаемые аппараты с управляемым
аэродинамическим качеством

6.

Аэрокосмические аппараты планирующего спуска
а
б
в
г
а – Space-Shuttle (США); б – «Буран»; в – Hermes (ЕКА);
г – «МАКС»

7.

Гиперзвуковые летательные аппараты
а
б
в
а – Х-90 «ГЭЛА» (МКБ «Радуга»); б – X-43A Hyper-X (США);
в – Туполев-2000 (ОКБ А.Н.Туполева)

8.

Аэрокосмические аппараты планирующего спуска
X-20 Dyna Soar, разработчик McDonnell Douglas

9.

Спираль, разработчик ОКБ-155 А.И.Микояна

10.

Saenger, разработчик Daimler-Benz Aerospace AG

11. Saenger II

Старт осуществляется с самолета носителя.
Экипаж – 2 человека + 36 пассажиров.
Вторая ступень
Длина,м
27,6
Осевая
нагрузка при
старте, кН
580
Размах
крыльев, м
15,6
Пустой вес,
кг
32600
Стартовая
масса, кг
112000
Масса
полезного
груза, кг
3000
Компоненты
топлива
О2(ж)+
керосин
Первая ступень
Длина,м
84,5
Размах
крыльев, м
41,4
Стартовая
масса, кг
254000
Осевая
нагрузка при
старте, кН
680
Пустой вес, кг
156000
Максимальная
скорость, М
6,6
Компоненты
топлива
О2(ж)+керосин

12.

Ту-2000, разработчик ОКБ им. А. Н. Туполева
Ту-2000 - двухместный бомбардировщик, дальность полета 10 тысяч км и
взлётный вес 350 тонн. 6 двигателей должны обеспечивать скорость 6 Мах
на высоте 30 км.
Вариант МВКС должен был иметь взлётный вес 260 тонн, высота полета
более 60 км и скорость 15-25 Мах. Он смог бы выводить нагрузку 8-10
тонн на орбиту высотой 200 км.

13.

14.

Ту-2000А – Экспериментальный вариант

15.

Space Shuttle, разработчик Space Transportation System

16.

"Энергия-Буран", головные разработчики –
НПО "Энергия" и НПО "Молния"

17.

Многоразоые космические системы Space Shuttle и Энергия-Буран

18. HERMES

Старт осуществляется с помощью
тяжелой ракеты носителя Ариан – 5,
Которая состоит из: 7- секционных
твердотопливных ускорителей EAP,
центрального блока ЕРС (ступень Н155)
и вторая ступень EPS.

19.

20.

Длина, м
14,584
Стартовая масса, кг
22418
Масса полезного
груза, кг
3000

21.

Композитные горячие конструкции МКА HERMES

22.

Воздушный старт с самолета АН-225 «Мрия»
Hotol, разработчик British Aerospace

23. HOTOL

Старт может осуществляется с земли, как у
обычных самолетов.
Длина,м
62,8
Максимальная
скорость, М
5…6
Размах крыльев, м
28,3
Пустой вес, кг
50000
Стартовая масса, кг
250000
Компоненты
топлива
Жидкий кислород +
жидкий водород
Двигатели
RB 545 Rolls Royce
Тяга, кг
50040

24.

Многоцелевая авиационно-космическая система
МАКС с самолётом-носителем Ан-225
НПО «Молния» 1990 г.

25.

МАКС, Орбитальный корабль

26.

МАКС, воздушный старт

27.

МАКС, разработчик НПО "Молния"

28.

Орбитальный корабль МАКС

29.

Орбитальный корабль МАКС

30.

Макеты орбитального корабля и топливного бака МАКС

31.

Макеты орбитального МАКС на ВДНХ

32.

Варианты запуска ОС МАКС на орбиту с помощью
различных ракет-носителей
«Энергия-М»
«Ариан-5»
«Ангара»

33.

Спасательный корабль Х-38
На орбиту выводится в грузовом
отсеке Space Shuttle.
Габариты Х-38: длина – 8,7 метра,
максимальный диаметр – 4,4 метра,
полная масса – 8163 килограмма.
Количество спасаемых астронавтов – 6
человек. Система жизнеобеспечения
рассчитана на четыре дня.
Продолжительность эксплуатации в
качестве модуля МКС – 4000 дней.

34.

Многоразовый корабль VEHRA
(Véhicule Hypersonique Réutilisable Aéroporté)
Фирма Dassault, Франция
В рамках программы VEHRA Dassault намерена построить три фактически разные
машины, схожие лишь общими обводами: 10-тонный прототип-демонстратор, 30-тонный
аппарат для доставки на орбиту 300-килограммовых спутников и 200-тонный шаттл,
поднимающий на низкую орбиту 7 тонн полезной нагрузки.

35.

Туристический корабль VSH (Vehicule Suborbital Habitable)
Фирма Dassault, Франция
Стартовая масса
27000 кг
Масса полезной нагрузки
(орбита 185 км, наклонение 45
градусов)
250 кг
Высота
11,5 м
Диаметр
1,5 м
Тяга ДУ
400 кН

36.

VentureStar, разработчик Lockheed-Martin Corp

37. Х – 33

Многоразовый суборбитальный космический корабль
Экипаж – 7 человек. Является уеньшенной моделью
VentureStar. VentureStar имеет длину 38м, 7 двигателей
ЖРД XRC – 2200. Взлетный вес 996600кг.
Длина,м
25,3
Максимальная
скорость, М
15
Размах крыльев, м
28
Высота
полета, км
100
Высота, м
8,2
Пустой вес, кг
29445
Два двигателя
ЖРД
Взлетный вес,
кг
123670
Тяга над уровнем
моря, кг
В вакууме, кг
191000
Компоненты
топлива
кислород
+
водород
220000

38.

Hope-X, разработчики NASDA, NAL, Japan

39. Japanese Space Plane

Старт осуществляется с земли, как у обычных
самолетов. Экипаж 10 человек.
Длина,м
94
Максимальная скорость,
М
Нет данных
Размах крыльев, м
29
Пустой вес, кг
110000
Стартовая масса, кг
350000
Полезный груз, кг
20000
Двигатели ВРД
LACE
Тяга, кг
Нет данных

40.

Skylon, разработчик Reaction Engines Ltd., Great Britain
Экипаж
Нет, (дистанционное управление с Земли)
Длина
82 м
Размах крыла
25 м
Масса без груза
41000 кг
Масса в нагруженном
состоянии
~275000 кг

41.

Skylon, Двигатель SABRE
Многорежимный турбо-реактивный прямоточный двигатель (hypersonic
precooled hybrid synergistic air breathing rocket engine – SABRE)

42. РАКС - Игла

Длина, м
7,9
Размах крыла, м
3,6
Стартовый вес, кг
2200
Масса двигателя, кг
200
Максимальная скорость, М
6…14
Топливо – Н2(ж)
Расход топлива, кг/с
1
Выводится на орбиту с помощью ракеты
носителя.

43.

44.

45.

Х-43 -беспилотный экспериментальный гиперзвуковой ЛА
Для разгона (вывода на требуемую скорость и
высоту) использовался разгонный блок ракеты
Пегас.
Достигнутые параметры - скорость выше М
9,6 – (3,2 км/с) на высоте 30.000 м
Длина
3,66 м
Ширина
1,52 м
Масса
1400 кг
Тип двигателя
ПВРД/гиперзвуковой
ПВРД (ГПВРД)
(на скорости более 4,5
Маха)

46.

Гиперзвуковая крылатая ракета X-51A Waverider
По проекту, X-51A
должна развивать
максимальную
скорость около
6–7М
(6500 – 7500 км/ч).
Длина
8м
Тяга ДУ
180 – 450 кгс
Масса топлива
120 кг
Двигатель
ГПВРД SJY61

47.

Гиперзвуковой аппарат СССР Х-90 ГЭЛА

48. РЛА – 130В – МТК ВП

Бескрылый орбитальный корабль
после посадки:
1 - стабилизаторы
2 - парашютный отсек
3 - отсек полезного груза
4 - кабина экипажа
5 - двигатели системы ориентации
6 - выдвижные посадочные опоры
7 - двигатели довыведения и
орбитального маневрирования

49.

50.

Спускаемый аппарат Заря

51. Клиппер

Клиппер – многоразовый космический
летательный аппарат. Выводится на
орбиту с помощью ракеты носителя
«Онега».
Стартовая масса, кг
13000…14500
Количество членов
экипажа +
пассажиров
2+4 при старте
2+5 при посадке
Масса полезного
груза, кг
700
Перегрузки при
спуске
2,5g

52.

Клипер, крылатый вариант
разработчик концепции
НПО Энергия

53.

Проект пилотируемого космического корабля США
CEV – Crew Exploration Vehicle

54.

Проект пилотируемого космического корабля DRAGON

55.

Проект пилотируемого космического корабля DRAGON

56.

Пилотируемый транспортный корабль нового поколения (ПТК НП)

57.

Пилотируемый транспортный корабль нового поколения (ПТК НП)

58.

Пилотируемый транспортный корабль нового поколения (ПТК НП)

59.

Пилотируемый транспортный корабль нового поколения (ПТК НП)

60.

Проекты суборбитальных аэрокосмических ЛА
Ascender, разработчик Bristol Spaceplanes

61. ASCENDER суборбитальный самолет. Разработаны два варианта проекта самолета ASCENDER и самолета разгонщика:Spacebus (на 50

пассажиров) и Spacecab (для шести
пассажиров). При этом стоимость полета на
Spacebus может достигать 15000$.
Основные технические данные самолета:
ASCENDER
Размах крыльев
Длина
Максимальная скорость
Максимальная высота полета
7,9м
13,7м
4,5М
100км
Взлетный вес
4500кг
Двигатели
2 x Williams-Rolls FJ44
and One Pratt & Whitney
RL 10
Стадия Высота
полета,
км
1
8
2
64
3
100
4
46
5
24
Мах
0,6М
2,8М
0М
3,3М
3,3М

62.

Spacebus.
Двигатели: 4 прямоточных турбореактивных
двигателя (до 4М) и реактивных двигателя
(от 4М до 6М).
Самолет
разгонщик
Орбитальный
самолет
ASCENDER
(вариант bus)
Размах крыла
38м
21м
Длина
88м
34м
пустого
130т
19,9т
топлива
160т
84,7т
полезного груза
110т
5,4т
взлетгная
масса:
400т
110т
Масса
Spacecab.
Двигатели: 4 турбореактивных двигателя (до 2М)
и 2 реактивных двигателя (от 2М до 4М).

63.

Astroliner, разработчик
Kelly Space and Technology

64.

SpaceShipOne, разработчик Scaled Composites, USA

65. Схема полета Space Ship One

1.
2.
3.
4.
Включение ГРД аппарата
SS1.
Выключение двигателя и
полет по баллистической
траектории (максимальная
высота подъема чуть более
100 км).
Взлет самолета-носителя
White Knight, подъем на
высоту 15 км, отделение
аппарата SS1.
Планирование и
горизонтальная посадка на
взлетно-посадочную полосу
со скоростью около
200 км/час.

66. Space Ship Two (Scaled Composites LLC, USA)

67. Суборбитальная система Spaceship Two

68.

C-XXI, разработчик ЭМЗ им. В.М. Мясищева

69. «Cosmopolis С-XXI», ЭМЗ им. В.М. Мясищева

70.

Перспективные отечественные разработки в области
техники космического туризма
Проект суборбитальной пассажирской системы (СОПС)
на базе полностью многоразового варианта МАКС
НПО «Молния», 1990

71. Усовершенствованный «Rocketplane XP», EADS Astrium

72. «Rocketplane XP», EADS Astrium

73. Российские проекты суборбитальных МКА туристического класса

Наименование
проекта,
разработчик
Назначение, вид
запуска/посадки
«Cosmopolis CXXI», ЭМЗ им.
В.М. Мясищева
Суборбитальный,
запуск с самолета М55 / посадка посамолетному
«ARS», МАИ
«Одуванчик»,
МГТУ им.
Н.Э. Баумана
«АКС М-91»
ЭМЗ им.
В.М. Мясищева,
НПО «Молния»
Масса МКА, кг
Двигательная
установка МКА,
тяга, т
Состояние работ
3500, пилот и 2
пассажира
РДТТ на смесевом
топливе, 6,3
Эскизный проект,
имеется
полноразмерный
макет
Суборбитальный,
запуск с самолета
МиГ-31С / посадка
по-самолетному
1750, пилот и 2
пассажира
ГРД: жидкий
кислород –
полибутадиеновый
каучук, 4
Подготовка
технических
предложений
Суборбитальный
/ орбитальный, запуск
с мобильной
установки или с
самолета / посадка посамолетному или на
парашюте на
надувные мешки
Суборбитальный,
запуск с самолета 3МТ / посадка посамолетному
3500, пилот и 4
пассажира
(суборбит.);
пилот и 2
пассажира (орбит.)
ГРД: жидкая закись
азота –
полибутадиеновый
каучук, 15
(суборбит.), 90
(орбит.) с
дросселированием
Подготовка
технических
предложений ,
имеется макет
1:10
27700, 2 пилота и 14
пассажиров
РДТТ на смесевом
топливе с переменной
тягой, 90
Подготовка
технических
предложений

74. «Aerospace Rally System», МАИ

75. Многоместный МКА М-91, ЭМЗ им. В.М. Мясищева, НПО «Молния»

76.

Демонстрационная модель АКС М-91
в составе самолёта-носителя 3М-91
и космического модуля КМ-91
ЭМЗ им. В.М. Мясищева, НПО «Молния», 2008

77.

Проект Dream Chaser («Бегущий за мечтой») 2004 г.
Заказчик – NASA
Задачи – доставка экипажей и грузов на
МКС
Ракета-носитель – Атлас-5
Масса – 11340 кг
Длина – 9 м
Размах крыльев – 7 м
Герметичный объем – 16 м3
Продолжительность полета на орбите – до
240 дней