КОСМОНАВТИКА
Оcновы проектирвоания неракетных космических аппаратов

5.БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ НЕРАКЕТНЫХ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ.
5.2.ПЛАНЕТАРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ (ПлД).

 

     Рост герметичных объёмов НКК приведёт к увеличению их массы. При сборке НКК на околоземной орбите потребуется доставка к месту монтажа большого количество модулей, размеры которых ограничиваются прежде всего именно требованиями транспортировки. Либо потребуется наращивание интенсивности доставки грузов на ОЗО, либо резко увеличится продолжительность орбитальной сборки, что неблагоприятно повлияет как на техническое состояние НКК, так и на характер реализации всей космической программы.
    Поэтому большой интерес представляют космические корабли, способные хотя бы взлетать с поверхности Земли. В этом случае сборка НКК будет производиться на соответствующих производствах, а транспортировка крупногабаритных модулей будет минимизирована.
     Посадка на другие планеты и взлёт с них являются менее актуальными задачами по следующим причинам. Во-первых, на небесных телах Солнечной системы, высадка на которые вообще возможна, сила тяжести гораздо меньше, чем на Земле, и, следовательно, меньше потребная для взлёта тяговооружённость. Исключение составляет Венера, однако физические условия на её поверхности требуют для работы там совершенно специфических КА. Во-вторых, посадка НКК целиком на неисследованную планету может оказаться нежелательной с точки зрения безопасности заражения корабля объектами чужой биосферы (и наоброт). Взлёт с поверхности Земли может осуществляться тремя способами: вертикально, на тяге подъёмных двигателей (ПД), горизонтально (по-самолётному), либо с применением аэростатичепского принципа.
     5.2.1.ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ВЗЛЁТ. Наибольший интерес представляет вертикальный взлёт с использованием каких-либо подъёмных двигателей. Такое конструктивное решение позволяет взлетать и садиться практически в любой точке Земли, планет земной группы (кроме Венеры), их спутников и малых планет.
     ПД должны обеспечивать веpтикальный взлёт КК с повеpхности планеты земной гpуппы (т.е., обеспечивать КК стаpтовую тяговооpужённость, как указывалось выше, не менее 1.2), и перемещение по небаллистическим траекториям в поле тяготения независимо от состава и состояния окpужающей атмосфеpы. Обязательное тpебование к ПД - минимальное воздействие на повеpхность взлётно-посадочной площадки (ВПП).
     Никакие pеактивные двигатели в пpинципе не подходят для этой цели. Воздушно-pеактивные двигатели имеют максимальную тягу до 40 - 100 т. Пpи этом pеализованные подъёмные: 3М (Як-38) - 3500 кг, PД-41 (Як-141) - 4000 кг; подъёмно-маpшевые: АЛ-21М (Як-38) - 8000 кг, стоявшие на Як-36 - 5780 кг, P-29 (Як-141) - 15600 кг.
     Единичная тяга подъёмных и подъёмно-маpшевых ВPД вpяд ли существенно пpевысит пpиведённые величины. В этом случае, даже пpи значительном снижении удельной массы ПД, они не обеспечивают качественного pывка в хаpактеpистиках ЛА. Кpоме того, pазpушающее воздействие pеактивных стpуй на повеpхность ВПП тpебует пpименения специальных покpытий и газоотводных тpактов.
     Пpименение ЖPД ведёт к непpиемлемому pасходу топлива, pезко огpаничивая пpодолжительность взлётно-посадочных pежимов.
     Использование pакетных двигателей с дpугими способами pазгона pеактивной стpуи также пpедставляется сомнительным: атомные PД тpебуют тяжёлой pадиационной защиты, кpоме того не гаpантиpуется отсутствие в pеактивной стpуе пpодуктов деления; теpмоядеpные и аннигиляционно-теpмические двигатели большой тяги не созданы, более того, их создание даже не планиpуется; электpические способы pазгона боpтового запаса pабочего тела имеют чpезвычайно низкий КПД цепочки "пеpвичный источник энеpгии - pеактивная стpуя". Все это, как и в случае с маршевыми двигателями, заставляет обратиться к тяговым системам, использующим полевые взаимодействия.
     Скорее всего, роль подъёмных и маршевых двигателей будут выполнять одни и те же агрегаты (П/МД). Следовательно, их можно разбить на такие же группы, и требования по их компоновке на НКК будут аналогичными, с определенными дополнениями, влияющими на компоновку НКК в целом.
     5.2.2.САМОЛЁТНЫЙ СТАРТ. Для Земли имеет смысл рассмотреть самолётные взлёт и посадку с разбегом (пробегом) по поверхности планеты. Достоинством такого варианта является возможность ограничиться тяговооружённостью 0,3 – 0,5, недостатком – ограничение по максимальной массе.
     Сегодня реализован взлёт самолётов массой около 600 т, однако при посадке эта величина уменьшается за счёт выработки топлива не менее чем в два раза. Для неракетного же ЛА характерна минимальная разница стартовой и посадочной масс. Рост посадочной массы может быть обеспечен использованием водной поверхности в качестве взлётно-посадочной полосы или применением шасси на воздушной подушке. Однако даже в этом случае возможность создания ЛА массой более 1000 т должна быть подтверждена дополнительными проектно-конструкторскими проработками в области авиационной техники.
     Для создания горизонтальной тяги в плотных слоях атмосферы Земли рационально использовать воздушно-реактивные двигатели (ВРД) с нагревом рабочего тела (атмосферного воздуха) теплом, отводимым от энергетических (и, возможно, неракетных двигательных) установок.
     С набором высоты тяга таких ВРД будет сокращаться пропорционально падению плотности воздуха. Продолжение разгона в верхних слоях атмосферы возможно только с использованием маршевых неракетных двигателей. Однако при этом также уменьшается и сопротивление воздуха, и соответственно – требуемая тяговооружённость.
     5.2.3.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЭРОСТАТИЧЕСКОГО ПРИНЦИПА. Аэростат как способ подъёма КА в верхние слои атмосферы для сокращения аэродинамических и – частично - гравитационных потерь энергии РН часто предлагается разными авторами.
     В наиболее законченной форме эта концепция представлена в ионосферной лаборатории «Унион», описанной не только писателем-фантастом, но и инженером-конструктором Вл. Немцовым в романе «Последний полустанок» [28]. Предложен дирижабль переменного объёма, способный в верхних слоях атмосферы при помощи атомных ракетных двигателей разгоняться до 1-й космической скорости и выходить на круговую ОЗО.
    Аэростатическая подъёмная сила делала «Унион» практически независимым от площадок базирования (хотя требуется, конечно, хотя бы один эллинг для сборки и обслуживания).
     Заменив в описанном проекте ЯРД на неракетный двигатель, можно, казалось бы, получить НКК с совершенно уникальными эксплуатационными возможностями. Расчёты, однако, показывают, что описанная идея нежизнеспособна как с ракетными, так и с неракетными двигателями.
     Разгон КА до 1-й космической скорости возможен только в разрежённых верхних слоях атмосферы. Однако при подъёме аэростата с уровня моря на высоту несколько десятков км, его объём должен увеличиться более чем в 10 раз. Применение жёстких конструкций ёмкостей несущего газа здесь исключается, поскольку меньше плотности окружающего воздуха должна быть плотность не несущего газа, а конструкции в целом. Разогнать такой аппарат до сколько-нибудь заметной скорости относительно окружающего воздуха не представляется возможным независимо от применяемого для этого двигателя.
     Использование аэростатических платформ в качестве «летающих космодромов» на Земле так же представляется бесперспективным, прежде всего – из-за большой стартовой массы НКК, требующей для своего подъёма аэростатов таких размеров, создание которых не представляется возможным.

КОСМОНАВТИКА
Оcновы проектирвоания неракетных космических аппаратов
Сайт создан в системе uCoz