ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ КОСМИЧЕСКАЯ РАКЕТА
TWO-STAGE SPACE ROCKET

Изобретение относится к области космонавтики, а именно к многоступенчатым космическим ракетам, преимущественно транспортным, и может быть использовано для доставки на орбиту Земли как различных полезных грузов, так и конструктивных элементов для строительства космических станций.
Известны многоступенчатые космические ракеты, в которых при движении в плотных слоях атмосферы с целью экономии топлива используются прямоточные воздушно-реактивные двигатели (Патент RU №2492417, а также кн. Интегральные прямоточные воздушно-реактивные двигатели на твердых топливах, под редакцией Л.С. Яновского, авт. В.Н. Александров и др., Москва, ИКЦ «Академкнига», 2006, с. 192, рис. 4.1). Но в этих ракетах прямоточные воздушно-реактивные двигатели являются дополнительными и не несут конструктивной нагрузки, что снижает эффективность их применения. Кроме того, применение этих двигателей не приводит к снижению аэродинамического сопротивления движению ракеты (в плотных слоях атмосферы, при сверхзвуковых скоростях весьма значительного).
Целью изобретения является устранение этих недостатков, что позволит этому принципу (использование прямоточного воздушно-реактивного двигателя) стать практически привлекательным.
Технически результат достигается тем, что в двухступенчатой космической ракете, содержащей разгонный блок, оснащенный жидкостными или твердотопливными реактивными двигателями, и космический модуль с полезным грузом, по изобретению космическому модулю придана торообразная форма с наружным корпусом, выполненным в виде цилиндра, и с внутренним продольным каналом, имеющим форму гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (далее ГПВРД). При этом воздухозаборный диффузор ГПВРД на время работы разгонного блока закрыт отделяемым головным обтекателем. Задняя часть космического модуля в границах сопла ГПВРД также является отделяемой. В межкорпусном пространстве космического модуля помещаются дополнительные жидкостные или твердотопливные двигатели.
На фиг. изображена двухступенчатая космическая ракета в продольном разрезе.
Двухступенчатая космическая ракета содержит разгонный блок - «Р» и космический модуль - «К», с цилиндрическим корпусом 1 и продольным каналом в виде ГПВРД - «Д». ГПВРД включает в себя воздухозаборный диффузор 2, камеру сгорания 3, выходное сопло 4, топливные форсунки 5 и средства воспламенения воздушно-топливной смеси (вар. факельного типа) 6. Воздухозаборный диффузор 2 закрывается головным обтекателем 7. В межкорпусном пространстве космического модуля - «К» помещаются твердотопливные реактивные двигатели (вар.) 8. Там же, выше твердотопливных реактивных двигателей 8 располагается полезный груз и рабочее оборудование ракеты 9, а ниже - топливо для ГПВРД 10.
Двухступенчатая космическая ракета действует следующим образом. С помощью разгонного блока - «Р» космический модуль - «К» обретает скорость 3÷5 М, после чего происходит отстыковка и отделение разгонного блока - «Р» и головного обтекателя 7 (вар. с помощью встроенных твердотопливных реактивных двигателей) и запускается в работу ГПВРД. Для этого насосом (не показан) топливо (вар. жидкий водород) из емкости 10 подается к форсункам 5, расположенным в передней части воздухозаборного диффузора 2, и в смеси со встречным воздухом воспламеняется «факелами» 6 (вар.). Пройдя камеру сгорания 3, продукты сгорания покидают ГПВРД через сопло 4, обеспечивая разгон космического модуля-«К» до предельной для ГПВРД скорости (10÷12 М). Далее происходит отделение освободившейся от топлива нижней части космического модуля - «К» (по линии А-А), высвобождая при этом сопла твердотопливных реактивных двигателей 8. С их помощью космический модуль - «К» достигает первой космической скорости и выходит на орбиту Земли.
Положительный эффект от такого использования ГПВРД (повышение экономичности космических транспортных операций) может быть еще большим, если в качестве разгонного блока - «Р» использовать не ракету с жидкостным или твердотопливным реактивным двигателем, а пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД) (Заявка №2015123744, дата поступления 18.06.2015).