АКВААЭРОКОСМИЧЕСКИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
AQUA AEROSPACE VEHICLE

Изобретение относится к области аквааэрокосмических летательных аппаратов, космических кораблей, космических станций и плавающих летательных аппаратов.
Заявляемый аквааэрокосмический летательный аппарат представляет собой конструкцию, включающую корпус сварной сборки в виде силовой несущей рамы (квадратной формы в плане), состоящей из стальных стоек, опирающихся на стальные полозья, поперечных и продольных балок, жестко соединенных с ними лонжеронов, к которым крепится обшивка из титанового листа, отштампованного по форме двух «чаш», опрокинутых одна на другую так, чтобы их края соприкасались по окружности с крепежным стальным кольцом, жестко соединенным с силовой несущей рамой, имеющим резьбовые отверстия и три центрирующих штифта, позволяющих правильно установить и крепить к стальному кольцу края нижней и верхней «чаш»-обтекателей.
Стальное кольцо крепится к силовой несущей раме со стороны нижней «чаши» с помощью наклонных опор, концы которых приварены к силовой раме и к стальному кольцу посредством уголковых усилителей.
На силовой несущей раме смонтированы ложементы и узлы крепления двигателей силовой установки. В нижней боковой части несущей рамы имеется 12 узлов для подвески четырех стоек шасси, убирающихся в купола через вырезы в поверхности нижней «чаши». Две передние стойки шасси поворотного типа обеспечивают разворот ПКК при рулении. Все стойки шасси имеют по два колеса с устройствами торможения и растормаживания колес.
Стойки колесного шасси крепятся с таким расчетом, чтобы их опорные точки были на одинаковых расстояниях от проекции точки центра масс на опорной поверхности с учетом опрокидывающего момента от воздействия тяги при работающих двигателях силовой установки в момент взлета.
К днищу донного обтекателя жестко прикреплены металлические лыжи (левые и правые), выполняющие функции ребер жесткости в случае опускания ПКК на дно водоема, на который при необходимости может совершить посадку ПКК (нештатно).
Стальные полозья, на которые ПКК может совершать штатную вертикальную посадку, оснащены гидропневматическими амортизаторами (в случае посадки с убранными колесными шасси).
Скрепленные одна с другой «чаши»-обтекатели образуют замкнутый объем, который делится на секторы и сегменты, в которых размещаются герметичная кабина для экипажа и научного сотрудника (ов), системы управления ЛА и силовыми установками, топливные емкости (баллоны), а также то или иное оборудование.
Под горизонтальной плоскостью симметрии корпуса ПКК на силовой несущей раме размещены и закреплены двигатели силовой установки.
В состав силовой установки ПКК входят три-четыре подъемно-маршевых двухконтурных ТРД, рядом с ними установлены и крепятся левый и правый маршевые ракетные двигатели и симметрично размещены и крепятся к силовой несущей раме четыре подъемных ракетных двигателя, сопла которых отклонены вниз и во внешнюю сторону на расчетный угол.
Маршевые и подъемные ракетные двигатели запитываются водородом (гелием) из бортовых баллонов.
Бортовые баллоны параллельно и последовательно подключаются к системе питания ракетных двигателей.
Отсек силовой установки оборудован системой принудительной вентиляции для обеспечения работы двигателей в расчетном режиме и противопожарной автоматически срабатывающей системой многократного включения.
Система управления по направлению полета предусматривает использование крайних (первого и четвертого) ТРДД с изменением их тяги, или левого и правого РД при полете в космосе.
Управление по углу места (по высоте) осуществляется отклоняющимися насадками выхлопных сопел четырех ТРДД или двух РД силовой установки, а также двух пар (верхних и нижних) рулей тангажа трапециевидной формы, ось поворота которых совпадает с верхней и нижней кромками обшивки ПКК.
При вертикальном положении верхних и нижних рулей тангажа одновременно они выполняют роль тормозных щитков (воздушных тормозов) при полете в воздушном пространстве.
На боковых диаметрально противоположных сторонах по горизонтальной оси симметрии смонтированы поворотные сопла газовых рулей направления и крена (соответственно: «горизонтальное положение», «вертикальное положение» газовых рулей). Ниже и левее маршевого ракетного двигателя к силовой раме крепятся левый водометный двигатель с электроприводом и, соответственно ему - правый.
Аналогами заявляемого аэрокосмического летательного аппарата - корабля являются космический пилотируемый корабль «Шатл» (США); космический пилотируемый корабль «Буран» (СССР - Россия) и космический коммерческий пилотируемый корабль «Феникс» (США, 2007-2008 гг.)
Все эти космические аппараты построены по типу самолета-космолета, т.е. они имеют фюзеляж, крыло с органами управления, киль с рулем направления, кабину для экипажа с приборами контроля и органами управления, трехстоечное шасси, силовую установку, состоящую из основных ракетных двигателей и РД коррекции, и тормозные парашюты.
У этих аналогов один общий недостаток: они не предназначены для посещения других планет или спутников, они не могут совершить посадку даже на Луну. Эти космические корабли, преодолев стратосферу, могут лишь пробыть некоторое время в космосе и вернуться обратно на Землю. Их применение весьма ограничено.
Ближайшим аналогом заявляемого ПКК, аквааэрокосмического ЛА, является «Аэрокосмический летательный аппарат» - патент RU 2436715 С2 - прототип. Опубликовано 20.12.2011 г. Бюл. №35.
Прототип
Аэрокосмический летательный аппарат АКЛА - прототип включает в себя корпус в виде двояковыпуклой линзы, накрытой снизу и сверху полусферами титановых обтекателей. Корпус подкреплен несущей стальной рамой с элементами жесткости, на которой смонтированы силовая установка и четыре стойки шасси.
Силовая установка содержит три группы двигателей четыре подъемно-маршевых турбореактивных двухконтурных двигателя с выхлопными соплами горизонтальной и вертикальной тяги, два маршевых ракетных двигателя с отклоняющимися соплами и четыре ракетных двигателя вертикальной тяги.
В корпусе установлены баки с водородом для ракетных двигателей. АКЛА оборудован левыми и правыми верхними и нижними аэродинамическими рулями тангажа, а также левым и правым газовыми рулями.
Посадка АКЛА при убранных в купола шасси может выполняться на лыжные полозья с амортизаторами. Для посадки также предусмотрен тормозной парашют, который находится в парашютном контейнере с крышкой. Для стыковки и сообщения с межпланетной космической станцией МКС служит герметизируемый люк шлюза.
На корпусе АКЛА установлены фары освещения передней и задней полусфер и бортовые аэронавигационные огни.
АКЛА предназначен для исследований и других операций в ближнем и дальнем космосе, с использованием для его дозаправки МКС и небесных тел, например планет и их спутников.
К прототипу можно отнести и двухсредные летающие и плавающие аппараты, которые создавались и испытывались в 50-60-х годах XX века в Германии, США, в России СССР. Одним из таких двухсредных аппаратов была летающая подводная лодка ЛПЛ - сверхмалая ПЛ представляла собой цилиндрическую конструкцию диаметром 1,4 м из дюралюминия толщиной 6 мм. Обшивка крыла и хвостового оперения выполнялась из стали, а поплавки из дюралюминия. Силовая установка - авиадвигатели АМ-34. Процесс погружения включал четыре этапа:
1 - задраивание моторных отсеков, 2 - перекрывание воды в радиаторах, 3 - перевод управления на подводное, 4 - переход экипажа из кабины в центральный пост управления жилой отсек.
ТТ характеристики
Взлетный вес - 15000 кг, экипаж - 3-4 чел.,максимальная скорость - 185 км/ в час - в воздухе, силовая установка подводного хода - электродвигатель 10 л.с. 7,5 кВт. Запас хода - 20 миль в надводном положении 18 миль под водой. Д полета - 800 км. Вооружение - 2 торпеды ракеты. Хотя ТТД хороши все же такая конструкция создавала целый ряд неудобств и была несовершенной. Создавались и другие подобные аппараты.
Прототип тоже имеет недостаток и, чтобы избавить прототип от этого недостатка, предлагаем аквааэрокосмический ЛА, который можно назвать плавающий космический корабль (далее ПКК).
Как известно, что большую часть поверхности планеты Земля занимают водные просторы: океаны, моря и другие водоемы, и не исключается возможность или необходимость совершить по каким-либо причинам посадку на водную поверхность, было принято решение разработать конструкцию аквааэрокосмического ЛА корабля, который мог бы совершать посадку на воду, плыть по воде и под водой, так же как подводная лодка или торпеда (подводная ракета). Из истории авиации и подводного флота известно, что подобные плавсредства и в России, и за рубежом были созданы и испытаны, но по разным причинам, как-то - началась война с фашистской Германией, они не получили широкой известности и дальнейшего развития. Такие ЛА назывались двухсредными, т.е. предназначенными для работы в двух средах - в воздухе и в воде.
Создание заявляемого космического корабля совершенно необходимо еще и потому, что в случае аварийной посадки его на воду, корабль пойдет на дно, а экипаж погибнет. Данным изобретением предполагается создание трехсредного ЛА.
С введением в действие последовательно удаленных все дальше от Земли межпланетных космических станций (в том числе и обитаемых) и осуществляя их последовательное посещение ПКК, мы получим реальную возможность совершать более дальние космические полеты и осуществлять более глубокую разведку космического межпланетного пространства и также с наименьшими затратами.
Все перечисленное выше - еще один аргумент в пользу за необходимость создания ПКК.
Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи создания аквааэрокосмического летательного аппарата для обеспечения продолжения исследований в ближнем и дальнем космическом пространстве с использованием межпланетных космических станций (далее - МК С), Луны, других планет и их спутников; обеспечения надежности посадки не только на сушу, но и на воду, а также обеспечения способности плыть по воде и под водой на расчетной глубине.
Решение технической задачи достигается:
1. Созданием корпуса (несущей рамы сварной конструкции из высокопрочной стали).
2. Созданием, центровкой и креплением внешнего стального кольца к несущей раме и крепления к нему верхней и нижней «чаш-обтекателей».
3. Созданием ложементов для установки и крепления четырех двухконтурных самолетных двигателей типа двигателей самолета Як-141.
4. Установкой трех-четырех подъемно-маршевых двухконтурных самолетных двигателей типа двигателей самолета Як-141 вертикального взлета и посадки и емкостей с топливом для них.
5. Установкой и креплением двух маршевых ракетных двигателей.
6. Установкой и креплением баллонов сжиженного водорода для них.
7. Установкой и креплением устройств для сжижения, регенерации и подачи водородного топлива в ракетные двигатели.
8. Установкой и креплением четырех подъемных ракетных двигателей регулируемой тяги для обеспечения вертикального взлета, висения, снижения и посадки.
9. Установкой и креплением баллонов сжиженного водорода - топлива для подъемных ракетных двигателей.
10. Установкой и креплением двух-трех электроводометных двигателей и электроприводов к ним. Установкой и креплением в задней полусфере ПКК двух килевых поверхностей с рулями направления за водометными двигателями.
11. Креплением к средней и нижней балкам несущей рамы убирающегося в купола четырехстоечного шасси.
11. Оснащением каждой из четырех стоек шасси двумя колесами повышенной прочности и необходимыми устройствами и приборами.
12. Оборудованием герметичной кабины экипажа, оснащенной всем необходимым для полета в атмосфере Земли, а также для полета и работы в космическом пространстве, обеспечения посадки как на сушу, так и на воду.
13. Созданием надежной защиты кабины от мелких частиц, встречающихся в космосе.
14. Оборудованием герметизируемых люков для входа внутрь ПКК и в кабину экипажа.
15. Оборудованием люка и стыковочного шлюза для стыковки ПКК с МКС или с другим космическим летательным аппаратом.
16. Оснащением ПКК контейнером для тормозного и вытяжного парашютов в объеме под верхним кольцом прочности.
17. Оборудованием герметизируемого верхнего люка для аварийного покидания кабины экипажа.
18. Оборудованием ПКК необходимыми системами жизнеобеспечения, связи, сигнализации и буксировочными устройствами.
19. Осуществлением взлета ПКК, преодолением атмосферы Земли и выходом в космическое пространство.
20. Осуществлением стыковки с МКС, дозаправки водорода из баллонов МКС (куда водород доставляется грузовыми космическими кораблями) и отделения от МКС.
21. Посадкой на планету (спутник).
22. Взлетом с планеты и возвращением к Земле.
24. Посадкой на Землю (на сушу или на воду).
25. Ходом ПКК по воде или под водой.
Примечание: возможно, что старт ПКК будет осуществляться и с взлетной площадки космодрома, и с фюзеляжа самолета-носителя или ракеты-носителя.
Заявляемый Аквааэрокосмический летательный аппарат рассчитан как универсальный, т.к. он может летать и в условиях атмосферного полета и совершать полеты в космосе с целью космических исследований, космической разведки, а также с целью оказания медицинской помощи космонавтам или замены экипажей МКС, космических кораблей. Данный ПКК позволит продолжать дальнейшую отработку устройства космических кораблей и полетов на них, продолжить исследования в ближнем космосе, а также в дальнем космосе с использованием удаленных все дальше от Земли межпланетных космических станций (и обитаемых, и автоматических), которые могут снабжать ПКК сжиженным водородом - топливом для его РД, куда это топливо может быть доставлено грузовым космическим ЛА, а при возвращении на Землю ПКК может совершить посадку как на сушу, так и на воду и может плыть по воде или под водой на расчетной глубине.(~5 Ом), исключая глубины наиболее часто используемые подводными лодками.
Предложенное устройство представлено на фиг.1-8.
На фиг.1 - вид ПКК спереди.
Основные части, из которых собран корпус:
- силовая несущая рама 1 сварной конструкции;
- вертикальные балки 2;
- горизонтальные и радиальные балки 3;
- укосы с уголковыми усилителями (на фиг.1. не показаны),
- кольца жесткости: 4а, 4б, 4в;
- верхнее 4а обрамляет парашютный контейнер 5 с крышкой 5а и аварийный герметизируемый люк 7;
- среднее 4б служит для соединения и крепления титановой обшивки ПКК в виде 2-х (нижней и верхней) «чаш» по окружности;
- нижнее 4в обрамляет герметизируемый люк 8 шлюза, служащего для стыковки с МКС и перехода космонавтов в МКС или в космический корабль.
Нижнее кольцо 4в служит также для защиты от повреждений стыковочных устройств (на фиг.1 не показаны) и сопел 18б вертикальной тяги 4-турбореактивных двигателей ПКК,
- пиромеханизм 6 - для отстрела крышки аварийного люка;
- лонжероны 9 двухполочные (вместе с кольцом 46) служат для крепления нижнего и верхнего обтекателей - «чаш», которые выполнены двухслойными (внешняя и внутренняя обшивка);
- обшивка - обтекатели: верхний 10 и нижний 10а.
- посадочные лыжи 11,
кабина экипажа 12,
- окно 13 кабины с бронешторкой 14, два перископа 15 (левый, правый),
- герметизируемый люк 16 для входа в ПКК,
- герметизируемая дверь 17 для входа в кабину,
- входные устройства 18 двухконтурных ТРД,
- четыре сопла 18б вертикальной тяги ТРДД,
- входные устройства 19 компрессоров,
- баллоны 20 сжиженного газа для РД,
- газовые рули 21 направления и крена,
- бортовые аэронавигационные огни 22,
- антенна 23 радиосвязной станции,
- антенна 23а системы опознавания,
- сопла 24 ракетных двигателей вертикальной тяги,
- передняя поворотная стойка шасси 25,
- поворотные фары 26 для освещения передней полусферы,
- противотуманные фары 27,
- бортовые опознавательные огни 28,
- огни аварийной сигнализации 29,
- радиолокатор 30 с фазированной антенной решеткой,
- теплопеленгатор 31,
- опорные лыжи 11а для защиты донной части корпуса на случай аварийной посадки на днище,
- выдвижные устройства 38,
- убирающиеся рули глубины 39,
- гидролокатор 40,
- водозаборные устройства 41.
Примечания:
Все агрегаты и оборудование ПКК необходимо изготавливать из современных и более совершенных композитных материалов с применением сверхпрочных волоконных, пленочных материалов, углепластиков, а также из негорючих, температуростойких и влагостойких материалов, уплотнительных, изолирующих, сверхлегких, но прочных, не подвергающихся коррозии (как железо и алюминий) и других материалов, изделия из которых можно без опасений отправлять в длительный космический полет, с учетом воздействия на них факторов космического пространства, гиперзвуковой скорости полета, воздействия на них таких газов, как углекислый газ, водород (гелий), азот и др. газов, которых в космосе может оказаться значительное количество, имея в виду и внутренний объем космического ЛА.
На фиг.2 (вид сбоку со спасательным модулем 46).
люк 7 аварийного покидания кабины,
люк 8 шлюза для стыковки с МКС,
лонжероны 9, верхний обтекатель 10,
посадочные лыжи 11,
кабина экипажа 12, окно кабины 13 с бронестеклом, светофильтром и бронешторкой 14,
перископы 15, внешний люк входа 16 в ПКК,
герметизируемая дверь 17 кабины экипажа,
входные устройства 18, ТРДД, сопла 18-а ТРДД и 18-б сопла вертикальной тяги,
входные устройства 19 компрессоров для маршевых РД,
газовые рули 21 направления и крена,
антенна 23 радиосвязной станции,
повижные фары 26, бортовые опознавательные огни 28,
огни аварийной сигнализации 29,
радиолокатор 30, теплопеленгатор 31 (на фиг.2 не показан),
верхний левый руль тангажа 33,
выдвижные устройства 38 (на фиг.2 не показан),
выдвижные рули глубины 39,
гидролокатор 40,
водозаборные устройства 41,
два водометных двигателя 42,
сопло водометного двигателя 42а,
гидроруль 43, киль 44,
направляющие 45 и узлы крепления спасательного модуля на ПКК,
спасательный модуль 46,
люки 47, 47а - для посадки людей в модуль,
пороховые двигатели 48 для пуска модуля.
Отделяясь от ПКК/модуль, выполненный в виде глиссера, приводняется для оказания срочной помощи терпящим бедствие на воде (модуль рассчитан на 5-6 человек).
Примечание: Спасательный модуль - 46 имеет электроводометный двигатель (на фиг.2 не показан).
На Фиг.3 - вид ПКК сзади:
- парашютный отсек (контейнер) 5;
- крышка 5а парашютного отсека;
- люк 8 стыковочного шлюза;
- посадочные лыжные полозья 11; опорные донные лыжи 1а,
- окно 13а заднего вида с бронешторкой 14а;
- люк 16 для входа в ПКК, дверь 17 герметизируемая для входа в кабину;
- сопла 18а горизонт, тяги ТРДД, сопла 18б вертикальной тяги ТРДД;
- сопла 19а РД; баллоны 20 с водородом (гелием);
- газовые рули 21; аэронавигационные огни 22;
- сопла 24 РД вертикальной тяги;
- стойки шасси 25; фара 26а задней полусферы;
- опознавательные огни 28, огни аварийной сигнализации 29;
- рули тангажа верхние 33; нижние 33а;
- датчик 34 температуры внешней среды;
- сопла 42а водометных двигателей;
- гидрорули 43 направления движения, кили 44,
- направляющие 45 пилонов для крепления и пуска спасательного модуля;
- спасательный: модуль 46;
- ПРД (пороховые двигатели) 48 спасательного модуля;
- электроводометный двигатель может быть установлен на спасательном модуле (на фиг.3 не показан).
На фиг.4 - вид ПКК сверху (в плане):
- верхнее кольцо жесткости 4а; крышка 5а парашютного отсека;
- пиромеханизм 6 сброса крышки парашютного отсека;
- люк 7 аварийного покидания кабины ПКК;
- верхний обтекатель 10 корпуса;
- окно 13 кабины с бронешторкой 14, перископ 15;
- люк 16 для входа в ПКК, газовые рули 21;
- аэронавигационные огни 22, антенна 23а опознавания;
- опознавательные огни 28, огни аварийной сигнализации 29;
- аэродинамические рули тангажа 33
- приемники воздушного давления 35,
- направляющие 45 пилонов для крепления и пуска спасательного модуля 46 (спасательный модуль на фиг.4 не показан).
На фиг.4а погружная 49 и уравнительные цистерны 50.
На фиг.4б ПКК с установленными на нем модулями 46, левый и правый, или один спасательный модуль типа катамаран - глиссер.
- На фиг.5 - вид ПКК снизу:
- кольцо 46 жесткости,
- герметизируемый люк 8 для стыковки и перехода экипажа в МКС,
- сопла 18б вертикальной тяги ТРДД,
- сопла 18а ТРДД с отклоняющими вектор тяги насадками,
- маршевые РД-19а с управляемыми соплами,
- сопла 24 РД вертикальной тяги,
- компрессоры 19 для закачки газов из космоса,
- створки 36а куполов шасси 36,
- отсеки 37 для транспортировки и выпуска надувных мешков, которые используют при посадке на воду,
- водозаборные устройства 41,
- водометные двигатели 42 с электроприводами и редукторами,
- сопло 42 родометного двигателя - киль 44 с гидрорулем курса 43.
Особенности конструирования обшивки ПКК.
Окраска внешней поверхности ПКК.
Обшивка, вероятно, должна быть многослойной. Данным изобретением предлагается трехслойная обшивка. Внешний слой - термозащитный (обеспечивает защиту от нагрева, вентиляцию между внешним и средним слоями). Между этими слоями для крепления внешнего к среднему слою крепятся подвижные опоры с учетом температурного расширения материала внешнего слоя. Средний слой, герметичный слой облицовки, за ним следует внутренний герметичный слой. Между средним и внутренним слоями свободное пространство заполнено высокопрочной и температуростойкой резиной или материалом, заменяющим ее по указанным характеристикам, и обеспечивает шумоизоляцию. На внутреннем слое крепится амортизирующая отделка кабины ПКК.
Давление в замкнутом объеме ПКК обеспечивается баростатом.
Инженерные расчеты трех слоев обшивки осуществляют специалисты по авиационным материалам, специалисты по прочности корпуса ПКК, спецы по термозащите и вентиляции, по защите от атмосферного электричества, по защите от космического и галактического излучений, по защите от метеоритов и метеоритного дождя; спецы по приборам и различного рода датчикам, размещенным на всех трех слоях обшивки.
Предлагается окрашивать поверхность верхней полусферы в белый или серебристый цвет, а нижнюю полусферу - в серый цвет светлых или темных тонов. Ватерлиния наносится темно-синей или темно-зеленой краской стойкой к влаге (воде).
Маршевые двигатели ПКК могут быть заменены на двигатели другого принципа действия, например на ракетные двигатели на ядерном топливе, которые уже имеются в наличии, и планируется их использование для полета на Марс (Россия).
Может быть предложен и модифицированный воздушно-реактивный двигатель для гиперзвуковых скоростей. В немецких опытных лабораториях уже работают двигатели на водородной тяге.
На фиг 6 - устройство спасательного модуля.
46 - корпус спасательного модуля, с окном для водителя (окно на фиг. 6 не показано),
47, 47а - крышки герметизируемых люков;
51, 51а - козырек передний и задний,
52, 52а - трапы для посадки в модуль,
53 - водометные двигатели спасательного модуля-катамарана,
53а - выходное сопло водометного двигателя,
54 - водозаборное устройство водометн. двигателя,
55 - пороховые двигатели модуля(вспомогательные),
56 - сидения водителя и спасаемых,
- клапаны нормального атмосферного давления и аккамулятор (на фиг. 6 не показаны)
57 - органы управления модулем и приборы (щиток).
В статическом состоянии все системы ПКК выключены, органы управления (включатели и переключатели) на пультах подготовки к взлету и управления взлетом выключены, закрыты спецключами и отключены электронными средствами защиты от несанкционированного включения. Эти пульты и др. органы управления ПКК размещены в удобных для экипажа местах кабины вблизи кресел пилотов-космонавтов.
Доступ к приборам и агрегатам, находящимся в зоне герметичного объема ПКК, возможен только после прохода через входные люки-двери ПКК и кабины.
Доступ к приборам и агрегатам, находящимся вне зоны герметичного объема ПКК, для их технического обслуживания, осуществляется через соответствующие люки, которые указаны на внешней обшивке ПКК. При получении команды на подготовку к взлету, все члены экипажа занимают свои места в кабине ПКК и начинают подготовку к взлету, согласно с должностными обязанностями. Все системы корабля проверяются на их исправность, проверяются полнота заправки всеми видами топлива, газами (кислородом, азотом и др.), и жидкостями (в том числе - водой), проверяются расчетно-компьютерный комплекс, автопилот, исправность силовой установки, исправность электрической части водометных двигателей.
По окончании подготовки к взлету командир экипажа докладывает о готовности в ЦУП.
При получении команды «Взлет!» экипаж ПКК выполняет взлет согласно «Инструкции».
Взлет ПКК штатный с ВПП.
Выполняется аналогично взлету самолета с двухконтурными ТРД. Выполняется выруливание на ВПП, на старте сопла ТРД устанавливаются на угол 30* вверх, верхние рули тангажа отклоняют на максимальный угол. Выводят все четыре ТРД на максимальный режим или включают форсаж и выполняется взлет с пробегом по ВПП, с последующим применением органов управления, задают ПКК соответствующие угол взлета, направления и угол крена.
Примечание: величина необходимого угла вектора тяга при взлете определяется (первоначально) на подвижном испытательном стенде, а уточняется при натурных летных испытаниях ПКК.
Штатный взлет с ВПП может выполняться и при четырех работающих ТРД и при двух работающих ТРД с учетом необходимых режимов полета на малых высотах у Земли и в зависимости от загрузки.
Вертикальный взлет с отдельной площадки или ВПП.
ПКК, оснащенный двухкошурными ТРД двигателями для самолетов вертикального взлета, оснащенный сопловым аппаратом, вертикальной тягой, может выполнить вертикальный взлет с отдельной бетонированной или не подготовленной площадки. Для вертикального взлета контур вертикальной тяги всех четырех ТРД переключают в режим «вертикальный взлет». При этом поток газов из вторых контуров через вертикальные газоводы выбрасывается выхлопными соплами вертикальной тяги в пространство под ПКК. Вторые контуры первого и четвертого двухконтурных ТРД соединены трубопроводами с соплами бортовых газовых рулей направления и крена, соответственно левого и правого. При вертикальном взлете сопла газовых рулей должны быть отклонены вниз. При перекрытии одного из них электропневмоклапаном будет создаваться крен ПКК в ту или другую сторону. Под воздействием вертикальной тяги ПКК поднимается над опорной площадкой и далее управляется пилотом-космонавтом так же, как при горизонтальном полете с учетом требований по режиму силовой установки, эшелону и направлению полета. При горизонтальном полете газовые рули разворачиваются в горизонтальное положение при включении двумя кнопками на штурвале управления ПКК, выполняют функцию руля курса, обеспечивая поворот ПКК относительно вертикальной оси.
Примечание: если будет принято решение о взлете ПКК с самолета-носителя, который поднимет его на максимально достижимую высоту полета носителя, то необходимо будет разработать соответствующие устройства для крепления ПКК на самолете-носителе и устройства отцепки от него.
Как известно, до стратосферы аэродинамические рули эффективны, но в верхних слоях стратосферы и в космосе эти рули теряют свою эффективность и возникает необходимость их замены газовыми рулями управления. Поэтому в конструкции ПКК предусмотрено соединение трубопроводами газогенераторов левого и правого ракетных двигателей с газовыми рулями. Поворот газовых рулей из горизонтального положения в вертикальное осуществляется электромеханическими приводами, а управление газовыми рулями обеспечивается электропневмоклапанами, установленными внутри корпуса перед соплами газовых рулей.
Выработка топлива из баков ПКК осуществляется так, чтобы начиналась она с подвесных баков, а затем из бортовых топливных баков, симметрично расположенных в корпусе ПКК. Одновременно из левого бака обеспечивается питание первого и третьего ТРД, а из правого бака топливо подается во второй и четвертый двигатели. В таком же порядке обеспечиваются топливом и два маршевых ракетных двигателя. В последнюю очередь вырабатывается топливо из центральных баков, которые расположены ближе к центру тяжести ПКК.
Примечание: после выработки топлива из подвесных баков, которые могут быть применены, последние сбрасываются в безопасной зоне по маршруту полета.
Стыковка с межпланетной космической станцией (МКС-1).
Осуществляется с помощью известных узлов-механизмов стыковки космических кораблей с МКС. Ответные части механизмов стыковки имеются в нижней купольной части ПКК. Там же имеется герметизированный люк шлюзовой камеры для перехода из ПКК в МКС. Технология стыковки и перехода известны специалистам. Дополнительно необходимо учесть следующие особенности ПКК: с целью уменьшить взлетную массу ПКК, предлагается заправлять топливо для ТРД не 100%, а только 50% от общего объема, необходимого для полета на МКС 1 и обратно, после стыковки с МКС 1 выполняется дозаправка топливом для полета до МКС 2 или до другой планеты (или ее спутника) и для возвращения на МКС 2 и так повторяется в обратном порядке. На последнем этапе полета к Земле выполняется дозаправка после стыковки с МКС 1, на которой остается запас топлива, необходимого для полета от МКС 1 до Земли.
Отстыковка от МКС.
Если ПКК и экипаж готовы к выполнению следующего этапа полета, то после проверки количества топлива в емкостях ПКК необходимо выполнить
- герметизацию МКС и ПКК,
- отстыковку ПКК от МКС,
- включение ракетных двигателей вертикальной тяги,
- после отделения от МКС включить маршевые РД и продолжить полет по маршруту.
Посадка на другую планету или на Луну.
При сближении с объектом посадки или обследования уменьшают скорость полета, а в расчетный момент переключаются на РД вертикальной тяги, осуществляют снижение и выбор места посадки, уменьшают вертикальную тягу, отслеживая по прибору скорость сближения, выпускают тормозной парашют, что обеспечивает безопасную скорость посадки-прилунения без шасси, т.е. на амортизирующие полозья. После посадки осуществляют проверку радиосвязи с МКС или с ЦУП на Земле.
Примечание: положение ПКК на полозьях (при посадке на неровную поверхность) позволяет включить ракетные двигатели и осуществить вертикальный взлет с места посадки с последующим включением маршевых ракетных двигателей.
Взлет с поверхности планеты спутника планеты.
После определения фактических данных окружающей среды на планете (спутнике), после взятия проб и получения максимально возможного количества информации об исследуемой планете экипаж приступает к подготовке к взлету и выполняет взлет с поверхности планеты, для чего включает подъемные ракетные двигатели. Под воздействием вертикальной тяги ПКК поднимается над поверхностью планеты, космонавты переключают подъемные двигатели на маршевые РД и далее управляют ПКК так же, как при обычном горизонтальном полете, воздействуя на органы управления с учетом режима полета. Далее выполняют полет к ближайшей от планеты МКС с последующей стыковкой с космической станцией, заправкой на ней топливом, или же выполняют полет к Земле. При этом посадка может быть выполнена на ВПП космодрома или на отдельную площадку с использованием парашютно-реактивной тормозной системы. Штатная посадка ПКК на ВПП (на землю) выполняется так же, как и посадка самолета-истребителя следующим образом.
При возвращении на Землю, после прохода через стратосферу, запускают четыре ТРДД (возможно только тяги двух ТРДЦ будет достаточно для посадки) покажут натурные испытания и, управляя силовой установкой и ПКК, выходят в район космодрома или аэродрома, выпускают 4-стоечное шасси, выполняют посадку на ВПП согласно инструкции.
Если штатную порсадку на ВПП по каким-либо причинам выполнить невозможно, то, используя возможности 4-х ТРДД вертикального взлета-посадки, выполняют штатную посадку на отдельную площадку, на неподготовленную площадку или на воду с использованием управляемой вертикальной тяги.
Аварийную посадку можно выполнить с применением тормозного спасательного парашюта с последующим включением пороховых двигателей торможения.
В верхней купольной части корпуса над центром тяжести ПКК имеется герметический отсек, крышка которого сбрасывается с помощью пиромеханизма. Отсек предназначен для укладки и транспортировки тормозного спасательного и вытяжного парашютов. Крышка отсека сблокирована вытяжным шнуром с вытяжным парашютом, который наполняясь, вытягивает за собой тормозной спасательный парашют - ПКК снижается на тормозном парашюте с последующим срабатыванием пороховых тормозных двигателей, что обеспечивает мягкую посадку ПКК с расчетной силой соударения, не превышающей безопасной.
Примечание: Положение ПКК на полозьях позволяет включать четыре ракетных двигателя вертикальной тяги для осуществления вертикального взлета с места посадки с последующим переключением на горизонтальную тягу маршевых ракетных двигателей.
При посадке на воду открываются створки люков бортовых контейнеров, в которых уложены надувные мешки. При открытии замков, удерживающих створки люков, включаются в работу 2-4 пневмоклапана, через которые газ-азот под давлением расчетной величины из бортовых баллонов заполняет надувные мешки-поплавки, которые выпадают из контейнеров и удерживают ПКК на плаву в воде.
Реализацией заявленного устройства аэрокосмического летательного аппарата (ЛА) осуществляется создание нового типа космического ЛА, позволяющего выполнять задачи по дальнейшему исследованию как ближнего, так и дальнего космического пространства, планет, спутников, Луны; а также проводить испытания создаваемых космических ЛА в атмосфере Земли и в космосе, осуществляя их последовательную отработку, проводить подготовку к космическим полетам и исследованиям, обеспечивая более активное систематическое развитие науки о космосе и космической техники уже в настоящее время, исключить значительное отставание в этих областях знаний от других стран, где подобные ЛА уже создаются или будут созданы в ближайшие годы, а также существует необходимость оказывать срочную помощь экипажам МКС - стационарных космических станций или космических кораблей. ПКК позволяет выполнять спасательные операции и на суше, и на воде.
Возможность создания и применения ПКК предлагаемой конструкции подтверждается всем ходом развития авиации и космической техники, существующими космическими летательными аппаратами, известными и существующими силовыми установками, системами стабилизации и управления космическими летательными аппаратами, современными научными данными о космическом пространстве, а также предлагаемыми устройствами и оборудованием в соответствии с заявляемым изобретением.