МНОГОРАЗОВАЯ ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ РАКЕТА КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ СХЕМОЙ СОЕДИНЕНИЯ СТУПЕНЕЙ
REUSABLE TWO-STAGE SPACE ROCKET WITH A SERIAL STAGE CONNECTION SCHEME

Изобретение относится к космической технике и может использоваться как транспортное космическое средство для доставки полезной нагрузки с поверхности Земли на низкие круговые орбиты.
Известна ракета космического назначения Falcon-9 с многоразовым воздушно-космическим аппаратом Х-37В Orbital Test Vehicle (см. «Выведение Х-37В Orbital Test Vehicle с помощью ракеты-носителя Falcon-9»: https://topwar.ru/164136-sekretnyj-boeing-x-37b-vernulsja-iz-kosmosa.html).
Однако, данное устройство выведения полезной нагрузки имеет существенный недостаток: низкое значение коэффициента конструктивного совершенства по сравнению с одноразовой двухступенчатой ракетой-носителем.
Известно устройство, реализующее вывод многоразового аппарата «Бор» и полезной нагрузки на околоземную орбиту (см. «Бор 1-4»: https://www.buran.ru/htm/bors.htm).
Однако, данное устройство выведения полезной нагрузки имеет существенный недостаток: низкое значение коэффициента конструктивного совершенства по сравнению с одноразовой двухступенчатой ракетой-носителем.
Наиболее близким по технической сути (прототипом) к предполагаемому изобретению является устройство, реализующее вывод полезной нагрузки на околоземную орбиту (см. И.И. Ануреев. Ракеты многократного использования. - Москва: Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства обороны СССР, 1975, страницы 110, 111, 114-128).
Данное устройство полезной нагрузки имеет существенный недостаток: низкое значение коэффициента конструктивного совершенства по сравнению с одноразовой двухступенчатой ракетой-носителем, так как многоразовая вторая ступень включает в себя топливные отсеки, покрытые тяжелой теплозащитой.
Для исключения указанных недостатков необходимо снизить пассивную массу второй ступени.
Задачей предполагаемого изобретения является создание многоразовой двухступенчатой ракеты-носителя с последовательной схемой соединения ступеней и возвращаемым ракетным блоком первой ступени с достижением максимального значения коэффициента конструктивного совершенства, при котором техническим результатом будет являться снижение массы конструкции и теплозащиты второй возвращаемой ступени и отсутствие головного обтекателя.
Этот технический результат в многоразовой двухступенчатой ракете космического назначения с последовательной схемой соединения ступеней, включающей возвращаемый ракетный блок первой ступени, многоразовую спускаемую капсулу с многоразовым маршевым жидкостным ракетным двигателем, полезную нагрузку и систему управления в качестве второй ступени, достигается тем, что одноразовые сбрасываемые топливные баки второй ступени крепятся сверху полезной нагрузки последовательно и соосно к многоразовой спускаемой капсуле через переходную раму.
Структурная и функциональная схема предлагаемого устройства изображена на фиг. 1 и 2.
На фиг. 1 изображена структурная схема многоразовой двухступенчатой ракеты космического назначения с последовательной схемой соединения ступеней и возвращаемым ракетным блоком первой ступени (поз. 1, фиг. 1 и 2). Вторая ступень (поз. 2, фиг. 1) многоразовой двухступенчатой ракеты космического назначения состоит из многоразовой спускаемой капсулы (поз. 3, фиг. 1 и 2); одноразовых сбрасываемых топливных баков (поз. 4, фиг. 1 и 2), прикрепленных сверху полезной нагрузки (поз. 5, фиг. 1 и 2) последовательно и соосно к многоразовой спускаемой капсуле (поз. 3, фиг. 1 и 2) через переходную раму (поз. 6, фиг. 1). Многоразовый маршевый жидкостный ракетный двигатель второй ступени (поз. 7, фиг. 1 и 2) расположен внутри многоразовой спускаемой капсулы (поз. 3, фиг. 1 и 2).
На фиг. 2 изображена функциональная схема выведения полезной нагрузки на орбиту с использованием многоразовой двухступенчатой ракеты космического назначения с последовательной схемой соединения ступеней (поз. 8, фиг. 2) и возвращаемым ракетным блоком первой ступени (поз. 1, фиг. 1 и 2). На фиг. 2 поз. 8 изображена многоразовая двухступенчатая ракета космического назначения с последовательной схемой соединения ступеней в момент старта. После отделения возвращаемого ракетного блока первой ступени (поз. 1, фиг. 1 и 2) включается многоразовый маршевый жидкостный ракетный двигатель второй ступени (поз. 7, фиг. 1 и 2), расположенный в корпусе многоразовой спускаемой капсулы (поз. 3, фиг. 1 и 2). При работе второй ступени многоразовой двухступенчатой ракеты космического назначения в маршевый жидкостный ракетный двигатель (поз. 7, фиг. 1 и 2) подается топливо из одноразовых сбрасываемых топливных баков (поз. 4, фиг. 1 и 2), которые крепятся сверху полезной нагрузки последовательно и соосно к многоразовой спускаемой капсуле (поз. 3, фиг. 1 и 2). После выработки ракетного топлива одноразовые сбрасываемые топливные баки (поз. 4, фиг. 1 и 2) с переходной рамой (поз. 6, фиг. 1) отделяются от многоразовой спускаемой капсулы (поз. 3, фиг. 1 и 2). После отделения полезной нагрузки (поз. 5, фиг. 1 и 2) многоразовая спускаемая капсула (поз. 3, фиг. 1 и 2) возвращается на аэродром (поз. 9, фиг. 2).
Сравнительный анализ прототипа (см. И.И. Ануреев. Ракеты многократного использования. - Москва: Ордена Трудового Красного Знамени Военное издательство Министерства обороны СССР, 1975, страницы 110, 111, 114-128) и предлагаемой многоразовой двухступенчатой ракеты космического назначения показывает, что в прототипе топливные баки второй ступени являются составной частью многоразового летательного аппарата и, соответственно, покрыты теплозащитным покрытием, а в предполагаемом изобретении предлагается использовать одноразовые топливные баки без теплозащитного покрытия, что позволяет снизить поверхность многоразовой спускаемой капсулы и, соответственно, снизить пассивную массу конструкции второй ступени. Таким образом, предлагаемая многоразовая двухступенчатая ракета космического назначения с последовательной схемой соединения ступеней показывает, что применение сбрасываемых одноразовых топливных баков позволяет снизить пассивную массу конструкции второй ступени и увеличить коэффициент конструктивного совершенства при сохранении возможности аэродинамического маневрирования многоразовой спускаемой капсулы в верхних слоях атмосферы, а также возвращения многоразовой спускаемой капсулы с многоразовым жидкостным двигателем второй ступени с околоземной орбиты на поверхность Земли. (Механика оптимального пространственного движения летательных аппаратов в атмосфере / Издательство «Машиностроение», Москва, 1972 г., стр. 110-131 и стр. 172-217).
Предлагаемая многоразовая двухступенчатая ракета космического назначения с последовательной схемой соединения ступеней позволяет достичь снижения массы конструкции и теплозащиты второй возвращаемой ступени и отсутствия головного обтекателя, что увеличивает значение коэффициента конструктивного совершенства.