DE1456202C - Mehrstufiges Raumfahrzeug - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Raumfahr- gegen die zur Erde zurückkehrenden Baueinheiten

zeug mit mindestens einer wiedergewinnbaren Stufe, nur so viel Treibstoff mit sich führen, wie zum Lan-

die aerodynamisch flugfähig ist und.einen Rückstoß- den erforderlich ist.

antrieb besitzt. . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung

Bei bekannten Raumfahrzeugen dieser Bauart soll 5 sind in den Unteransprüchen angegeben. An Hand

zumindest die letzte, Stufe die Erdatmosphäre ver- der Zeichnungen werden einige Ausführüngsbeispiele

lassen, wogegen die erste Stufe und möglicherweise der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

weitere Stufen nach einem Teil des Fluges von der F i g. 1 X, IY und 1 Z jeweils eine Drauf-, eine

letzten Stufe getrennt werden und zur Erde zurück- Vorder- und eine Seitenansicht einer Baueinheit beim

kehren. Bei diesen Raumfahrzeugen haben die einzel- io Landen,

nen Stufen naturgemäß einen verschiedenen konstruk- F i g. 2 X und 2 Y jeweils eine Seiten- und Drauftiven Aufbau; insbesondere hat die erste Stufe wegen sieht eines ersten Raumfahrzeuges bejm Abschuß, des hohen Treibstoffbedarfs wesentlich größere Ab- Fig. 3 eine Seitenansicht eines zweiten Raumfahrmessungen als beispielsweise die letzte Stufe. Dieser zeuges,

Aufbau des Raumfahrzeuges macht es notwendig, 15 F i g. 4 eine Seitenansicht eines dritten Raumfahrfür jede einzelne Stufe ein von den anderen Stufen zeuges,

vollkommen verschiedenes Gründkonzept zu ent- Fig. 5 eine Seitenansicht eines vierten Raumfahrwickeln. Die großen Unterschiede in den Abmes- zeuges,

sungen der einzelnen Stufen werfen — gerade im F i g. 6 eine Draufsicht auf ein fünftes Raumfahr-

Hinblick auf die Wiedergewinnbarkeit des Raum- so zeug,

fahrzeuges — grundsätzlich verschiedene aerodyna- F i g. 7 eine Draufsicht auf ein sechstes Raumfahr-

mische, thermodynamische wie auch konstruktive zeug,

Probleme bei den einzelnen Stufen auf. Dies erhöht Fig. 8 eine Draufsicht auf ein siebentes Raumnatürlich den Entwicklungs- und Fertigungsaufwand fahrzeug, solcher Raumfahrprojekte ganz erheblich. 25 F i g. 9 X und 9 Y jeweils eine Drauf- und Seiten-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ansieht eines achten Raumfahrzeuges,

aus Baueinheiten zusammensetzbares Raumfahrzeug Fig. 1OX, 10 Y und 1OZ jeweils eine Drauf- und

der eingangs angegebenen Bauart zu schaffen. Dies zwei Seitenansichten eines neunten Raumfahrzeuges

wird .erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die erste in Richtung der Pfeile Y und Z in Fi g. 10 X,

Stufe aus mindestens zwei deltaförmigen und äußer- 30 Fig. 11 eine Draufsicht auf ein zehntes Raumfahr-

lich gleichen Baueinheiten besteht, die für sich aero- zeug,

dynamisch flugfähig und rückstoßgetrieben sind. Fig. 12X und 12 Y jeweils eine Drauf- bzw. eine

Mit »gleichen Baueinheiten« ist gemeint, daß die Seitenansicht eines elften Raumfahrzeuges,

Grundkonzeption und die wichtigsten Bauteile der Fig. 13 X und 13 Y jeweils eine Drauf- und eine

beiden Baueinheiten die gleichen sind, ohne jedoch 35 Seitenansicht eines zwölften Raumfahrzeuges,

.auszuschließen, daß gewisse Einzelheiten (beispiels- Fig. 14 X, 14 Y und 14 Z jeweils eine Drauf-, eine

weise die Größe eines Besatzungsraumes u. dgl.) ver- Seitenansicht sowie eine Reihe von Querschnitten

schieden sind. Selbstverständlich kann die erste Stufe einer zweiten Baueinheit,

auch aus mehr als zwei Baueinheiten zusammen- Fig. 15X und 15 Y jeweils eine Drauf- und eine gesetzt werden, wie auch die übrigen Stufen, selbst 40 Seitenansicht eines dreizehnten Raumfahrzeuges, die letzte Stufe, aus solchen Baueinheiten bestehen Fig. 16X und 16Y jeweils eine Drauf- und eine können. Dadurch wird natürlich die Herstellung Seitenansicht eines vierzehnten Raumfahrzeuges, eines solchen Raumfahrzeuges wesentlich wirtschaft- Fig. IX, IY und 1Z dienen zur Darstellung dei licher, da die für eine Baueinheit entwickelte Grund- Form einer Baueinheit, von denen zwei oder mehrere konzeption bei allen anderen Baueinheiten wieder 45 zur Herstellung der in Fig. 2 bis 12 gezeigten Raumverwendet werden kann. Der erfindungsgemäße Vor- fahrzeuge dienen.

schlag hat ferner den Vorteil, daß aus ein und den- Die Baueinheit stellt im wesentlichen einen »Nur·

selben Baueinheiten Raumfahrzeuge unterschiedlicher flügelflugkörper« dar, und der größere Teil seine;

Abmessungen und Stufen hergestellt werden können. Innenraumes wird von Brennstofftanks eingenom

Dies kann beispielsweise' dadurch erreicht werden, 50 men. Im Mittelpunkt seines hinteren Endes befinde

daß die einzelnen Baueinheiten pyramidenförmig zu- sich eine Raketenmotoreinheit 36, die zur Richtungs

sammengesetzt oder sandwichartig übereinander- steuerung verschwenkt werden kann, wenn sich dl·

geschichtet werden. Baueinheit außerhalb der Atmosphäre befindet. Wäh

Vorzugsweise sind die Baueinheiten derart zu- rend des ersten Teiles des Wiedereintrittes in die At

sammengesetzt, daß die Rückstoßantriebe der einzel- 55 mosphäre bewegt sich die Baueinheit so, daß sein

nen Baueinheiten auch im zusammengebauten Zu- Unterseite 32 nach vorn weist, mehr oder weniger ir

stand, ehe die Baueinheiten voneinander gelöst wer- rechten Winkel seiner Bewegungsrichtung. Um di

den, betriebsfähig sind. Erwärmung unter diesen Bedingungen niedrig ζ

Die Baueinheiten haben einen »bauchigen« Quer- halten, weist die gesamte Unterseite eine Krümmun

schnitt (d. h. einen Querschnitt mit verhältnismäßig 60 mit großen Radien auf.

großem Durchmesser), um möglichst viel Treibstoff In dem ersten in den F i g. 2 X und 2 Y gezeigte

aufnehmen zu können. In weiterer Ausgestaltung der Raumfahrzeug sind drei Baueinheiten in einer Pyn

Erfindung ist eine Treibstoffiiberführungseinrichtung mide angeordnet. Zwei der Baueinheiten A bilden di

vorgesehen, die kurz vor dem Trennen der Baueinhei- erste Stufe, und eine Baueinheit Π bildet die zweit*

ten Treibstoff von den zur Erde zurückkehrenden 65 in diesem Fall die letzte Stufe. Während des Al

Baueinheiten an die zum Weitetflug bestimmten Bau- Schießens wird zunächst der Brennstoff in der EiK

einheiten überführt. Die zum Wcitcrflug bestimmten Stufenbaueinheit gespart, und die Düse der Ein

Baueinheiten sind dann mit Treibstoff gefüllt, wo- Stufenbaueinheit empfängt Brennstoff von den andi

ren Baueinheiten. Wahlweise wird Brennstoff von allen Raumfahrzeugen benutzt, jedoch etwas in jeder Baueinheit der ersten Stufe gespart und dann während einer kurzen Freiflugphase unmittelbar vor der Trennung in die Endstufenbaueinheit übertragen.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten zweiten Raumfahrzeug sind drei Baueinheiten A, B und C in einer Pyramide angeordnet, und vor diesen befindet sich ein Hilfsbrennstofftank D. Während des Abschusses und beim anfänglichen Flug wird Brennstoff von allen drei Baueinheiten benutzt; sodann wird unmittelbar vor der Trennung der Brennstoff in dem Hilfstank auf die Endstufenbaueinheit B übertragen. Bei der Trennung wird der Hilfstank D zerstört. Der Raum zwischen dem hinteren Ende des Brennstofftanks D und den Nasen der Baueinheit A, B, C wird von einer hülsenförmigen Verkleidung 20 überbrückt. Diese ist durch Sprengbolzen oder andere lösbare Befestigungen (nicht gezeigt) mit dem Brennstofftank verbunden, ao

Bei dem dritten in Fig. 4 gezeigten Raumfahrzeug sind drei Baueinheiten A in einer Pyramide angeordnet, wobei vor diesen eine weitere Baueinheit B angeordnet ist. Es findet keine Brennstoffübertragung statt, und die Baueinheit B wirkt als Endstufe.

In dem vierten, in der Fig. 5 gezeigten Raumfahrzeug sind drei Baueinheiten in einer Pyramide angeordnet, und vor ihnen befindet sich eine Rakete E. Die Rakete ist die Endstufe.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen, wie größere Anzahlen von Baueinheiten, nämlich vier bis sechs, in einer Pyramide angeordnet werden können, und zwar an Stelle der Pyramide von drei Baueinheiten bei den in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Anordnungen. Fig. 8 zeigt einen mittleren Bestandteil F, der einen Hilfsbrennstofftank oder eine Zusatzrakete darstellen kann.

Bei allen Anordnungen der F i g. 2 bis 8 sind die Baueinheiten so geformt, daß sie fest aneinander angebaut werden können. Durch Veränderung der Anstoßflächenwinkel können verschiedene Baueinheitenkörper gruppenartig zusammengebaut werden. Die Baueinheiten können auf Flächen beträchtlicher Ausdehnung aneinander anstoßen oder können nur eine Linienberührung haben oder über dazwischen angeordnete Abstandshalter oder Verkleidungen miteinander in Berührung sein. Wenn die Baueinheiten zur sammen mit irgendwelchen Hilfstank oder Zusatzraketen — falls diese zur Verwendung kommen —: gruppenartig zusammengefaßt sind, dann werden jegliche unerwünschte Öffnungen durch zusätzliche Abdeckungen oder Verkleidungen (nicht gezeigt) geschlossen, die bei der Trennung über Bord geworfen oder zertrümmert werden.

Die Baueinheiten können zweckmäßigerweise zürückziehbare Dreipunktfahrgestelle 24, 25 (F i g. 1) haben, die die Baueinheit und Hilfstanks oder Zusatzraketen miteinander verbinden. Sprengbolzen oder andere Schnelltrennverbindungen sind mit den Fahrgestellagerungen verbunden und werden gelöst, wenn eine Trennung der Baueinheit erwünscht ist.

Die Oberfläche jeder Baueinheit, die in einer Pyramide nach außen liegt, kann entweder die »Ober«- oder »Unter«-Seite der Baueinheit in seinem Einzelflug sein. In den F i g. 2 bis 8 ist es die »Ober«-Seite (in Fig. 1 mit 27 bezeichnet), die nach außen liegt.

Jede Baueinheit besitzt vorzugsweise gemäß der Darstellung in F i g. 1 eine nach oben verlaufende mittlere Steuerfläche 26 und zwei Steuerflächen 28, die an die äußeren Enden der Tragfläche an Scharnieren 30 angelenkt sind.

In dem in F i g. 9 gezeigten achten Raumfahrzeug sind zwei Baueinheiten A, B spiegelbildlich angeordnet, und ihre ».Unter«-Seiten sind einander zugewendet. Zwischen den Tragflächen der Baueinheiten sind Hilfsbrennstofftanks D befestigt. Wahlweise können an Stelle der Hilfsbrennstofftanks Zusatzraketen benutzt werden.

Es sind, wie in F i g. 9 gezeigt, verschiedene Betriebsweisen eines Fahrzeuges möglich, z. B.:

L Bei Ausführung der Hilfseinheiten D als einfache Brennstoff tanks bildet einer der Baueinheiten die Endstufe des Raumfahrzeuges. Zu Beginn des Abschusses wird der Brennstoff in dem Endstufenmodell gespart, und es wird Brennstoff von den Hilfstanks oder der •Zusatzrakete zu den Raketenmotoren beider Baueinheiten hingeführt. Bei der Trennung werden die Hilfseinheiten zertrümmert, die Endstufenbaueinheit bewegt sich auf ihrem Weg unter Benutzung des in ihr enthaltenen Brennstoffes weiter, und die andere Baueinheit wird zur Landung gebracht und besitzt vorzugsweise noch etwas Brennstoff zum Manövrieren.

2. Als Alternative zu (1) wird zu Beginn des Abschusses Brennstoff von allen Quellen benutzt, jedoch nicht der gesamte Brennstoff verbraucht. Sodann wird während einer kurzen Freiflugdauer vor der Trennung der größte Teil des verbleibenden Brennstoffes in der Endstufenbaueinheit übertragen. Auf diese Weise wird eine Exzentrizität des Schwerkraftmittelpunktes zu Beginn des Abschusses vermieden.

3. Wenn die Hilfseinheiten Raketenmotoren einschließen, dann werden Vorkehrungen für die Wiedergewinnung der Hilfseinheiten getroffen. Sie können benutzt werden, um den Schub au Beginn des Abschusses zu verstärken. Bei der Ablösung der Endstufenbaueinheit bleiben die Hilfseinheiten an der anderen Baueinheit befestigt, werden von ihr zum Landeplatz getragen, dort gelöst und durch einen Fallschirm gelandet, während die Baueinheit dann als ein mit Tragflächen versehenes Flugzeug landet.

4. Als Älternativiösung zu (3) kann eine der Hilfseinheiten als Endstufe des Raumfahrzeuges wirken, wobei beide Baueinheiten kurz nach der Trennung gelandet werden.

Bei dem neunten Raumfahrzeug, das in der Fig. 10 gezeigt ist, sind vier Baueinheiten A, A, B, C in einer Η-Form angeordnet. Die Baueinheiten^ sind die erste Stufe. Beim Abschuß sind alle Motoren in Gebrauch, jedoch wird Brennstoff nur von den Baueinheiten A bezogen. Wenn die Baueinheit A sich von der Gruppe löst, dann bewegen sich die Baueinheiten B und C zusammen weiter, wobei alle ihre Motoren in Gebrauch sind, jedoch Brennstoff nur von der Baueinheit B bezogen wird. Schließlich trennen sich die Baueinheiten B und C, und die Baueinheit C, die noch die volle Brennstoffüllung hat, setzt unter eigener Kraft ihren Weg in die Kreisbahn hinein fort. Baueinheiten, die in dieser Η-Form angeordnet sind,

können auch mit Nasenteilen verbunden werden, wie in den F i g. 6 bis 8 gezeigt ist, sowie mit Hilfseinheiten, wie es in der F i g. 9 gezeigt ist.

In dem zehnten Raumfahrzeug, das in der Fig. 11 gezeigt ist, sind zwei Baueinheiten und eine Hilfseinheit in einer abgewandelten Pyramidenform zusammengebaut.

Bei dem elften Raumfahrzeug nach F i g. 12 sind drei Baueinheiten in einer Pyramide angeordnet, wobei sich ihre Unter-Seiten (in F i g. 1 mit 32 bezeichnet) nach außen richten. Dieses hat den Vorteil, daß der Luftwiderstand des Raumfahrzeuges herabgesetzt wird, da die Unter-Seiten glatter gebogen sind als die Ober-Seiten der Baueinheit, macht jedoch nicht die Anordnung der Steuerflächen 34 (F i g. 10) in der Art erforderlich, daß sie sich ganz gegen die Oberseite legen und von der Art sind, die in Gebrauch bei einem Winkel von etwa 135° zur Oberfläche arbeitet.

Fig. 13 zeigt ein zwölftes Raumfahrzeug, das hinsichtlich seiner grundsätzlichen Ausbildung so ahnlieh ist wie das erste Raumfahrzeug, das in der F i g. 2 gezeigt ist, bei welchem jedoch die Baueinheit sich von den in F i g. 1 gezeigten etwas unterscheiden. Insbesondere befindet sich in einem Gehäuse 40 eine Gruppe von vier Raketenmotoreinheiten 38, und es ist keine Mittelflosse vorhanden. Ferner besitzen die Baueinheiten Mannschaftsabteile verschiedener Größen, und zwar nehmen die Baueinheiten A, A je einen einzigen Piloten auf, während die Baueinheit B mehrere Leute aufnimmt.

Fig. 14 zeigt eine weitere Form der Baueinheit, die für das in Fig. 15 gezeigte dreizehnte Raumfahrzeug geeignet ist. Die Nase ist im Vergleich zu F i g. 1 langgestreckt, und es ist nicht erforderlich, daß die Steuerflächen verschwenkt werden. Es sind drei schwenkbare Raketenmotoren 42 vorhanden.

In dem in Fig. 15 gezeigten Raumfahrzeug sind vier der in Fig. 14 gezeigten Baueinheiten aufeinander »gestapelt«. Wie in der Fig. 10 werden sie als drei Stufen A, A; B; C betrieben. Dieses Raumfahrzeug kann entweder senkrecht oder mit einer Neigung abgeschossen werden.

Bei dem vierzehnten Raumfahrzeug, das in der Fig. 16 gezeigt wird, sind drei Baueinheiten »gestapelt«, jedoch nicht alle in gleicher Weise nach oben gerichtet. Darüber hinaus ist, wie in der F i g. 13, die Mannschaftsunterbringung zwischen den einzelnen Baueinheiten unterschiedlich.

Es ist bei all diesen Anordnungen wünschenswert, daß die Grundausbildung aller Baueinheiten gleich ist, jedoch kann eine als Endstufe benutzte Baueinheit an den frei liegenden Teilen mit einer hitzebeständigen Verkleidung versehen werden.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Mehrstufiges Raumfahrzeug mit mindestens einer wiedergewinnbaren Stufe, die aerodynamisch flugfähig ist und einen Rückstoßantrieb besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe aus mindestens zwei deltaförmigen und äußerlich gleichen Baueinheiten besteht, die für sich aerodynamisch flugfähig und rückstoßgetrieben sind.

2. Raumfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Stufe aus einer Baueinheit (B) besteht, wie sie für die erste Stufe verwendet wird.

3. Raumfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ausschließlich aus Einheiten (A, B) besteht, wie sie für die erste Stufe verwendet werden.

4. Raumfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Treibstoffüberführungseinrichtung, die kurz vor dem Trennen der Baueinheiten Treibstoff von den zur Erde zurückkehrenden Baueinheiten an die zum Weiterflug bestimmten Baueinheiten überführt.

5. Raumfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei der Baueinheiten pyramidenförmig angeordnet sind (F i g. 2).

6. Raumfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Spitze der Pyramide wenigstens eine weitere Stufe, vorzugsweise eine weitere Baueinheit, angeordnet ist (F i g. 3, 4, 5).

7. Raumfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine von einer Baueinheit verschiedene Stufe vorgesehen ist, die einen Raketenmotor aufweist und dadurch rückgewinnbar ist, daß sie an einer rückgewinnbaren Baueinheit befestigt ist.

8. Raumfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der Baueinheiten parallel zueinander verlaufen.

9. Raumfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Längsachsen der Baueinheiten in der gleichen Ebene liegen.

10. Raumfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheiten Bauch an Rücken angeordnet sind (Fig. 16).

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen