РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС И СПОСОБ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
ROCKET AND SPACE COMPLEX AND METHOD OF OPERATION OF ROCKET AND SPACE COMPLEX

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть применено для выведения, обеспечения функционирования и увода с рабочей орбиты автоматических космических аппаратов (КА) и групп КА с помощью беспилотного ракетно-космического комплекса (РКК), включающего также ракету-носитель (РН) для выведения КА на переходную околоземную орбиту и разгонный блок (РБ) довывода КА на рабочую орбиту.
Известны устройство и способ функционирования ракетно-космического комплекса, в соответствии с которым все элементы комплекса оснащены собственными системами управления и двигательными установками. После запуска РКК осуществляют автономно управляемый полет ракеты-носителя, при достижении переходной околоземной орбиты задействуют систему управления разгонного блока и отделяют разгонный блок с космическим аппаратом или группой КА от РН - см. "Баллистика летательных аппаратов", Ю.Г. Сихарулидзе, М., изд-во "Наука", 1982 г., стр. 59, 62-68.
Далее, при отделении КА от РБ управление передают КА, также оснащенному системой управления и двигательной установкой маневрирования на рабочей орбите. Затем РБ может совершить маневр ухода с околоземной орбиты для утилизации.
Недостатками вышеуказанного устройства и способа являются сложность логико-временной диаграммы полета, требующей передачу управления от одной части комплекса к другой, избыточность оборудования составных частей комплекса (в частности, систем управления РН, РБ, КА, двигательных установок КА и РБ). Как правило, после завершения срока функционирования КА остается в космосе в качестве антропогенного мусора.
Ближайшим аналогом являются устройство и способ функционирования ракетно-космического комплекса, в соответствии с которым КА оснащен системой управления разгонным блоком [https://ru.wikipedia.org/wiki/Разгонный_блок, доступно на 27.02.2016 года]. В этом случае осуществляют полет ракеты-носителя с использованием бортовой системы управления, при достижении переходной околоземной орбиты передают управление космическому аппарату и отделяют разгонный блок с КА.
Последний управляет как РБ, так и, после отделения от него, собственным маневрированием на рабочей орбите и обслуживанием работы целевых систем. Для выполнения орбитальных маневров РБ и КА снабжены двигательными установками многократного включения.
Недостатком способа и устройства ближайшего аналога также являются сложность логико-временной диаграммы полета, избыточность однотипнойаппаратуры системы управления и энергетических установок, установленных как на РН, так и на РБ и КА.
Кроме того, недостатком устройства и способа являются невозможность управления РБ после отделения от КА (РБ также становится космическим мусором).
Технической задачей изобретения является минимизация состава аппаратуры системы управления и энергетических установок РКК, с одновременным упрощением логико-временной диаграммы вывода КА на орбиту, обеспечением возможности полной утилизации всех компонентов РКК после завершения работы целевого оборудования КА (далее - полезной нагрузки).
Указанная задача достигается тем, что предлагаемый ракетно-космический комплекс включает управляемые ракету-носитель, разгонный блок, автоматическую полезную нагрузку, при этом разгонный блок снабжен устройствами управления ракетой-носителем, которые при отделении полезной нагрузки от разгонного блока дистанционно управляют служебными системами полезной нагрузки, запасом топлива для увода полезной нагрузки с рабочей орбиты, устройствами электропитания полезной нагрузки, механической системой стыковки с полезной нагрузкой на рабочей орбите и манипулятором для технического обслуживания и установки полезной нагрузки на разгонном блоке или полезная нагрузка выполнена неотделяемой от разгонного блока.
Предлагаемый способ функционирования ракетно-космического комплекса включает управляемые полет ракеты-носителя, отделение разгонного блока с автоматической полезной нагрузкой, выведение полезной нагрузки на рабочую орбиту и отделение от разгонного блока, целевую работу полезной нагрузки на рабочей орбите с последующим уводом с нее, при этом полет ракеты-носителя, отделение разгонного блока с полезной нагрузкой, работу служебных систем полезной нагрузки осуществляют по командам системы управления, размещенной на разгонном блоке, разгонный блок после отделения от него полезной нагрузки перемещают на заданное место орбиты для дистанционного управления служебными системами полезной нагрузки, а для технического обслуживания полезной нагрузки и увода с рабочей орбиты после завершения целевой работы осуществляют маневр сближения разгонного блока и стыковку с ней, электропитание полезной нагрузки осуществляют с использованием оборудования, доставляемого разгонным блоком или штатных бортовых систем разгонного блока, увод полезной нагрузки с рабочей орбиты осуществляют разгонным блоком.
Варианты устройства связки разгонный блок - полезная нагрузка представлены на фиг. 1, фиг. 2, варианты реализации способа функционирования беспилотного ракетно-космического комплекса (без РН) представлены на фиг. 3, фиг. 4.
Приняты обозначения:
1 - разгонный блок;
2 - полезная нагрузка;
3 - солнечные батареи РБ;
4 - двигательная установка РБ и РН;
5 - баки с топливом двигательной установки;
6 - приборы системы управления;
7 - блок основных и запасных аккумуляторных батарей;
8 - приемо-передатчик;
9 - манипулятор РБ;
10 - рабочая орбита ПН;
11 - траектория увода ПН с рабочей орбиты;
12 - Земля;
13 - связка ПН и РБ при выходе на рабочую орбиту;
14 - положение ПН к Земле при выполнении целевой задачи;
15 - положение связки ПН и РБ к Земле при сходе с рабочей орбиты (вариант);
16 - положение РБ в режиме дистанционного управления ПН (вариант).
Изобретение подразумевает реализацию идеологии универсальной управляюще-энергетической системы РКК на базе разгонного блока (ранее называемого также последней ступенью РН) и, частично, космической платформы КА, обеспечивающей функционирование как ракеты-носителя, так и полезной нагрузки.
В соответствии с устройством, на разгонном блоке (поз. 1, фиг. 1) размещают аппаратуру системы управления ракетой-носителем (поз. 6, фиг. 1), например бортовой вычислительный комплекс, приборы системы ориентации и навигации, с соответствующим изъятием соответствующего оборудования из состава РН. Эта же аппаратура управляет работой разгонного блока после его отделения от РН, служебными системами полезной нагрузки.
Технический облик полезной нагрузки может быть различным.
В одном случае полезная нагрузка (поз. 2, фиг. 1) выполнена неотделяемой от разгонного блока. Следовательно, разгонный блок снабжен также двигательными установками довывода, ориентации и стабилизации ПН (поз. 4, фиг. 1), устройствами электропитания полезной нагрузки (поз. 3, фиг. 1) с аккумуляторными батареями (поз. 7, фиг. 1), системой телеметрии (не показана), другими необходимыми служебными системами полезной нагрузки.
В другом случае полезная нагрузка (поз. 2, фиг. 2) выполнена отделяемой от разгонного блока и оснащена только необходимыми для автономного функционирования служебными системами (ориентации, электропитания, приема-передачи информации и др.). Разгонный блок, доставляющий ПН в заданную точку орбиты и находящийся на рабочей орбите все время функционирования полезной нагрузки, оснащен системой дистанционного управления (по радио- или оптическому каналу) служебными системами ПН (поз. 6, фиг. 2), приемо-передатчиками (поз. 8, фиг. 2), системой сбора и обработки телеметрической информации ПН. Также РБ оснащен запасными аккумуляторными батареями для ПН (поз. 7, фиг. 2), механической системой стыковки с ПН и манипулятором (поз. 9, фиг. 2) для ее технического обслуживания (замены аккумуляторных батарей) и установки на РБ после окончания срока эксплуатации.
В обоих случаях у ПН упрощено оборудование служебных систем и двигательных установок (в частности, отсутствуют двигатели довывода нарабочую орбиту), а разгонный блок оснащен запасом топлива (поз. 5, фиг. 1, фиг. 2) для увода полезной нагрузки с рабочей орбиты совместно с разгонным блоком после окончания работы ПН.
В соответствии со способом функционирования ракетно-космического комплекса управляют полетом ракеты-носителя командами с разгонного блока. При достижении переходной орбиты командами управления разгонного блока осуществляют отделение РБ от РН и вывод связки РБ и ПН (поз. 13, фиг. 3, фиг. 4) на рабочую орбиту (поз. 10, фиг. 3, фиг. 4) Земли (поз. 12, фиг. 3, фиг. 4).
В случае применения неотделяемой полезной нагрузки далее выводят связку РБ и ПН в заданную точку орбиты, проводят пространственную ориентацию связки (поз. 14, фиг. 3), задействуют служебные системы РБ (в частности, раскрывают солнечные батареи), обеспечивающие длительное пребывание на орбите и обеспечение работы полезной нагрузкой.
После окончания срока эксплуатации полезной нагрузки ориентируют связку (поз. 15, фиг. 3) для выдачи двигательной установкой РБ импульса увода с рабочей орбиты, например, на траекторию затопления в океане (поз. 11, фиг. 3, фиг. 4).
В случае применения отделяемой полезной нагрузки, например, нескольких КА малого класса, последовательно перемещают РБ в заданную для каждого КА точку рабочей орбиты и отстыковывают КА (поз. 14, фиг. 4).
Затем перемещают РБ на заданное место на орбите для управления служебными системами КА (обеспечивающими работу полезной нагрузки), сбора и обработки телеметрии от КА и т.д. (поз. 16, фиг. 4).
При необходимости технического обслуживания КА осуществляют маневр сближения с ним разгонного блока, стыковку и необходимые действия, в частности замену аккумуляторов.
После окончания срока эксплуатации космических аппаратов последовательно осуществляют маневр сближения разгонного блока с каждым КА, установку КА на борту РБ. Далее ориентируют связку РБ и КА (поз. 15, фиг. 4) для выдачи двигательной установкой РБ импульса увода с рабочей орбиты, например, на траекторию затопления в мировом океане.
Предлагаемое техническое решение позволяет упростить и удешевить создание и функционирование автоматических ракетно-космических комплексов с одиночными КА или группой КА, а также решить задачу утилизации элементов РКК без загрязнения космического пространства.