Газопароимпульсная корректирующая двигательная установка для космических аппаратов

Полезная модель относится к ракетно-космической технике и может быть использована в качестве двигательной установки (ДУ) космического аппарата (КА) для создания импульсов ускорения или торможения при полетах в космическом пространстве и для корректирующих двигательных установок (КДУ) для коррекции параметров ориентации и орбит космических аппаратов, находящихся на околоземных орбитах.
Известен импульсный ядерный ракетный двигатель для межпланетных полетов КА в котором используется энергия большого числа небольших ядерных или термоядерных зарядов находящихся на борту. Заряды последовательно выбрасываются из ракеты и на некотором расстоянии за ней взрываются. При каждом сферическом взрыве незначительная часть расширяющихся газообразных продуктов в виде плазмы с высокой плотностью и скоростью воздействует на КА и создает толкающий ее импульс (прототип).
Известны КДУ для коррекции параметров орбит КА использующие несколько типов двигателей, таких как жидкостно-газовые, плазменные, электронагревные и термокаталитические, требующие длительного времени для их запуска, работающие длительное время непрерывно и создающие очень низкую тягу.
Они характеризуются увеличенными габаритами и весом, сложной конструкцией и системой управления, многократным преобразованием видов энергии для создания газообразного рабочего тела, создающего импульс, длительным циклом генерации импульса, большим энергопотреблением, и, соответственно, высокой ценой генерации импульсов, а также ограниченным ресурсом работоспособности.
При создании полезной модели решались технические проблемы - упрощение конструкции, исключение радиоактивной опасности, повышение эффективности силового воздействия продуктов взрыва на КА, повышение КПД использования энергии взрыва.
Техническая проблема решена тем, что в качестве силового импульса воздействующего на КА используется импульс отдачи выстрела (взрыва) ВВ, размещенного на КА в камере с соплом, при этом в качестве источника рабочего тела использован газопаровой заряд ВВ, содержащий ампулу с водой (Заявка на изобретение №:2008128038).
Камера газопароимпульсного двигателя для взрывания (выстрела) газопарового заряда (КВЗ) может быть выполнена однополостной или двуполостной и, при этом, содержать на одном конце коробку для размещения подготовленного к выстрелу заряда и выстрела, а на другом сопло.
В двуполостной КВЗ внутренняя камера выполнена в виде цилиндрического канала из упругого термостойкого материала, сообщает коробку с соплом и является рабочей полостью для образующейся, при выстреле или взрыве, газопаровой смеси. Низкая температура продуктов взрыва ГПЗ обеспечивает ее длительную работоспособность.
Упругая стенка внутренней камеры выполняет роль демпфера, снижающего ударный импульс (перегрузку) при взрыве ГПЗ в КВЗ и аккумулирует в межполосном объеме между стенками основной и упругой камерами давление, используемое для полного выдавливания из полости газопаровой смеси и для возврата к первоначальному объему при сокращении.
На фиг. 1 показано устройство ДУ, где 1 камера, 2 сопло, 3 коробка для патрона, 4 магазин для патронов, 5 внутренняя камера.
На фиг. 2 показано устройство патрона с ГПЗ, где 6 гильза, 7 капсюль, 8 пороховой заряд, 9 ампула с водой, 10 пыж.
При взрыве заряда ВВ в ампуле с водой, размещенной внутри него, за счет давления и теплоты газообразных продуктов взрыва генерируется водяной пар, который смешиваясь с газами, образует газопаровое рабочее тело для создания импульса.
Продукты взрыва газопарового заряда - газопаровая смесь, в отличие от известных зарядов ВВ, обладает повышенной удельной мощностью и пониженной температурой.
Для создания разных по мощности импульсов ДУ может содержать различные по мощности ГПЗ, что определяется свойствами ВВ и их массой, а также может снаряжаться металлическим выстреливаемым балластом - аналогом пули.
В качестве заряда ВВ могу использоваться метательные ВВ (порох) или бризантные заряды пониженной мощности, при этом слабомощные заряды на основе порохов для применения на малых космических аппаратах (МКА), а повышенной мощности для коррекции орбиты тяжелых КА с большими сроками активного существования или для межпланетного полета КА.
Дозировкой воды и различных по мощности ВВ может обеспечиваться при выстреле (взрыве) или субкритическое или сверкритическое состояние водяного пара.
Вода в сверхкритическом состоянии - состоянии сверхкритического флюида (СКФ) окисляет газообразные продукты взрыва и обеспечивает полную экологическую чистоту взрыва.
Кроме того для растяжки единичного импульса по времени и снижения степени перегрузки действующей на КА газопаровая ДУ может быть подпружинена относительно платформы КА.
Для автоматизации процесса перезарядки ГПЗ снаряжается в гильзу патрона.
Питание коробки камеры патронами может осуществляться по аналогии со стрелковым оружием из коробчатого или дискового магазина за счет энергии давления газопаровой смеси аккумулируемой в межполостном объеме при выстреле.
Кроме того энергия давления выстрела может быть использована для перезарядки и взведения ударного механизма для ударных средств воспламенения.
Для электрически инициируемых ГПЗ, потребляемая мощность которых низка, используется маломощный источник электрического питания, при этом обеспечивается более длительное использование ресурсов аккумуляторов и солнечных батарей непосредственно для основных систем КА и соответственно обеспечивает увеличение ресурса его работы.
В двигательной установке обеспечиваются высокоскоростное создание одиночных импульсов или очереди дискретных импульсов обеспечивающих прерывный длительный импульс, что расширяет возможности по созданию требуемых импульсов для КА.
При использовании газопароимпульсной двигательной установки в качестве КДУ для КА вместо известных обеспечивается резкое упрощение конструкции, улучшение габаритно-массовых характеристик, резкое сокращение времени отзыва на команду по созданию импульса и периода генерации импульса, высокая скорость коррекции, резкое снижение энергопотребления, обеспечивается широкий диапазон создаваемых с высокой скоростью одиночных или серии дискретных импульсов по длительности и мощности.
При использовании в двигательных установках космических аппаратов газопароим-пульсных зарядов ВВ, взрываемых в камере, расположенной на КА вместо импульсных атомных зарядов ВВ. взрываемых после выброса их из КА, обеспечиваются - упрощение конструкции, радиоактивная безопасность, повышение эффективности силового воздействия продуктов взрыва на КА и соответственно повышение КПД использования энергии взрыва.