МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ РАКЕТА-НОСИТЕЛЬ МОДУЛЬНОГО ТИПА

Полезная модель относится к ракетно-космической технике, в частности к ракетам-носителям легкого, среднего и тяжелого классов с модульными ракетными блоками в ступенях ракеты.
Известна ракета-носитель [1], выполненная по пакетной схеме: в виде центрального блока второй ступени и четырех боковых блоков первой ступени. Верхние части боковых блоков взаимодействуют с силовым поясом блока второй ступени. Над этим блоком последовательно расположены третья ступень и полезный груз. Отношение объема топливных баков второй ступени к объему аналогичных баков первой ступени составляет 0,895-0,989. Силовой пояс и вышерасположенная часть блока второй ступени выполнены цилиндрической формы. Их диаметр находится в отношении 1,273-1,371 к диаметру нижней цилиндрической части блока. В хвостовой части пакета блоки связаны четырьмя силовыми узлами и тягами. Узлы размещены на блоке второй ступени между блоками первой ступени.
Недостатком указанной конструкции является то, что на старте запускаются только первая и вторая ступени, а третья ступень запускается после их отделения, что снижает надежность ракеты-носителя в целом.
Известна модульная ракета [2], содержащая нижнюю ступень из одного или нескольких объединенных в связку больших твердотопливных ракетных модулей и верхнюю ступень, состоящую из одного или нескольких объединенных в связку твердотопливных ракетных модулей меньшего размера, при этом параметры твердотопливных ракетных модулей первой и второй ступеней выбирают такими образом, чтобы обеспечивалась максимальная масса выводимой полезной нагрузки при условии выполнения заданных ограничений на продольное ускорение, максимальный скоростной напор и скоростной напор при разделении ступеней. Модульная ракета, в зависимости от количества модульных ракетных блоков в каждой ступени, может иметь различную грузоподъемность и выводить различные по массе полезные грузы.
Недостатком указанного технического решения является то, что двигатели ракетных блоков второй ступени запускаются после срабатывания и отделения модульных ракетных блоков нижней ступени, что снижает надежность ракеты-носителя.
Известна многоступенчатая модульная ракета-носитель [3], содержащая по крайней мере две ступени, установленные по пакетной схеме, причем первая ступень включает в себя модульные ракетные блоки с одинаковыми маршевыми двигателями, массой рабочего тела и габаритами, вторая ступень является моноблочной с запускаемой с Земли двигательной установкой, а полезный груз расположен на последней из последующих ступеней, отличающаяся тем, что ее первая ступень включает в себя от 2 до 6 указанных модульных ракетных блоков, причем отношение объема баков компонентов топлива модульного ракетного блока первой ступени к объему баков компонентов топлива моноблочной второй ступени выбрано в диапазоне 0,4-0,52, а суммарная тяга двигателей модульного ракетного блока первой ступени выбрана в диапазоне 0,8-1,0 от суммарной тяги двигателей моноблочной второй ступени. В составе модульных ракетных блоков первой ступени и моноблочной второй ступени использованы одинаковые маршевые двигатели, по одному на каждом блоке, при этом на модульных ракетных блоках первой ступени каждый маршевый двигатель установлен в узле качания в двух плоскостях, а на моноблочной второй ступени маршевый двигатель установлен неподвижно, причем данная вторая ступень снабжена рулевыми двигателями управления по каналам тангажа, рысканья и крена.
В указанной конструкции ракеты-носителя на старте запускаются маршевые двигатели только первой и второй ступеней.
Несмотря на отмеченные недостатки, указанное техническое решение, как наиболее близкий аналог, может быть принято в качестве прототипа.
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в создании многоступенчатой ракеты-носителя, обладающей повышенной надежностью.
Этот технический результат достигается тем, что многоступенчатая модульная ракета-носитель содержит первую, вторую и третью ступени, установленные по пакетной схеме, причем все три ступени запускаются на Земле одновременно. Первая ступень включает в себя модульные боковые ракетные блоки с одинаковыми на каждом блоке маршевыми двигателями, массой рабочего тела и габаритами, вторая боковая ступень включает в себя отличные от первой ступени модульные боковые ракетные блоки с одинаковыми на каждом блоке маршевыми двигателями, массой рабочего тела и габаритами, третья ступень выполнена в виде моноблока, установленного в центре пакета модульных боковых ракетных блоков ступеней, при этом тяги маршевых двигателей моноблока третьей ступени, модульных боковых ракетных блоков второй и первой ступеней выбраны в соотношении 1:2:3,7-4, что позволяет создавать ракеты-носители различных классов. Ракета-носитель может включать в себя от 4-х до 6-ти модульных боковых ракетных блоков первой и второй ступеней. В качестве маршевых двигателей первой, второй, третьей ступеней могут быть использованы соответственно двигатели типа РД-170, РД-180, РД-191 или их модификации.
Предлагаемая конструкция ракеты-носителя позволяет запускать на Земле одновременно маршевые двигатели трех ступеней, что существенно повышает надежность ракеты-носителя.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется графическими материалами на примере конструкции многоступенчатой ракеты-носителя модульного типа с разгонным блоком и полезным грузом, где:
- на Фиг.1 изображен общий вид многоступенчатой ракеты-носителя модульного типа;
- на Фиг.2 показан вид А на Фиг.1.
Многоступенчатая ракета-носитель модульного типа (Фиг.1 и Фиг.2) состоит из четырех модульных боковых ракетных блоков 1 первой ступени, двух модульных боковых ракетных блоков 2 второй ступени, которые скомпонованы по пакетной схеме. Количество устанавливаемых на ракете-носителе боковых ракетных блоках 1-й и 2-й ступеней может быть от 4-х до 6-ти (например, 3 и 3, 2 и 4 или 4 и 2, как показано на Фиг.2). Третья ступень 3 выполнена в виде моноблока, установленного в центре пакета модульных боковых ракетных блоков второй и второй ступеней.
Над третьей ступенью тандемно может устанавливаться разгонный блок 4 и полезный груз 5, закрытый головным обтекателем 6.
Модульные боковые ракетные блоки первой и второй ступеней содержат бак горючего, бак окислителя, маршевые двигатели с органами управления вектором тяги (на чертежах позициями не обозначены). В модульных ракетных блоках первой и второй ступеней установлены разнотипные маршевые двигатели: четырех камерные и двух камерные соответственно. Каждый ракетный блок оснащен одним двигателем, что упрощает наземную отработку, их транспортировку и сборку ракеты.
В качестве маршевых двигателей могут быть использованы высоконадежные, с мировым приоритетом, мощные и сверхмощные двигатели, разработанные НПО «Энергомаш» - РД-170 (на ракетных блоках первой ступени), РД-180 (на ракетных блоках второй ступени) и РД-191 (на центральном блоке третьей ступени), тяги которых отвечают соотношению 1:2:3,7-4 и обеспечивают высокое энергомассовое совершенство ракеты-носителя.
Ракета-носитель функционирует следующим образом.
На старте с Земли одновременно запускаются маршевые двигатели модульных боковых ракетных блоков 1 и 2 первой и второй ступеней и маршевый двигатель моноблочной третьей ступени 3. После окончания топлива в баках модульных ракетных блоках 1 боковой первой ступени последние отделяются, и ракета-носитель продолжает полет до окончания топлива в баках модульных ракетных блоках 2 второй ступени. После сброса модульных ракетных блоков 2 второй ступени ракета движется за счет тяги работающего маршевого двигателя моноблочной третьей ступени 3. На участке работы маршевых двигателей при достижении допустимых для полезного груза 5 скоростных напоров отделяется головной обтекатель 6.
После отделения моноблочной третьей ступени 3 запускается разгонный блок 4, который выводит на заданную орбиту полезный груз 5.
Таким образом, предлагаемая многоступенчатая ракета-носитель модульного типа по сравнению с известными техническими решениями позволяет при старте одновременно запускать маршевые двигатели трех ступеней, что существенно повышает надежность ракеты-носителя, и создавать средства выведения полезного груза на заданные орбиты как увеличенной, так и уменьшенной грузоподъемности за счет применения оптимального количества модульных ракетных блоков на первой и второй ступенях ракеты-носителя и выбранного соотношения тяг маршевых двигателей ракетных блоков ступеней.
Источники информации:
1. Патент SU 2149125. Ракета-носитель, кл. МПК B64G 1|00, B64G 1|14, B64G 1|40. Приоритет от 09.08.1999.
2. Патент US 5217188. Модульная ракета, кл. F02K 9/76, 9/00; В64G 1/00, 1/22, 1/40, 1/64, 5/00. Опубликован 08.06.1993.
3. Патент SU 22911817. Ракета-носитель модульного типа (варианты), кл. МПК B64G 1|00, 1.26. Приоритет от 14.06.2002.
4. Патент SU 96096. Ракета-носитель модульного типа (варианты) и ракетный модуль, кл. МПК B64G 1|00 (2006.01). Приоритет от 25.09.2009.
5. Патент SU 2238226. Многоступенчатая модульная ракета-носитель, кл. МПК B64G 1|00. Приоритет от 19.07.2000.
6. Патент US 4964340. Двигательная установка для многоступенчатых ракет, кл. МПК B64G 1| 14. Опубликован 23.10.1990.
7. Патент US 4451017. Трехступенчатая ракета, кл. МПК B64G 1|40. Опубликован 29.05.1984.
8. Патент US 5143328. Ракета-носитель с изменяемой компоновкой межступенчатого коллектора ракетного топлива и ускорителей с ракетными двигателями твердого топлива, кл. B64G 1|00, B64G 1|40. Опубликован 01.09.1992.