DE69911816T2 - Steuerungsverfahren für luft- und raumfahrsystem zum tragen einer nutzlast auf eine umlaufbahn - Google Patents

Steuerungsverfahren für luft- und raumfahrsystem zum tragen einer nutzlast auf eine umlaufbahn Download PDF

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf die Luft- und Raumfahrtechnologie und insbesondere auf Verfahren, um Luft- und Raumfahrsystemen in eine Umlaufbahn einzuschießen, um verschiedene Nutzlasten wie etwa Nachrichten-, Navigations- und Überwachungssatelliten (einschließlich ökologischer Überwachungssatelliten) in niedrige und mittlere Erdumlaufbahnen zu bringen sowie Nutzlasten unverzüglich in ferner terrestrische und ozeanische Gebiete zu bringen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Es ist ein Verfahren bekannt, um Nutzlasten (PL) durch ein Luft- und Raumfahrsystem (ASS), das ein Lastflugzeug (CA), einen Mittelstufen-Zusatzantrieb und einen Orbiter als Nutzlast enthält, in eine Umlaufbahn einzuschießen.
  • Das Verfahren nimmt den Horizontalflug eines CA, sein Steigen auf eine Höhe von etwa 20 km und die Beschleunigung auf eine Fluggeschwindigkeit von 800–1100 km/h an. Nachdem diese Geschwindigkeit erreicht ist, werden die Motoren des Mittelstufen-Zusatzantriebs gezündet, wobei er von dem CA getrennt wird. Daraufhin beschleunigt der Mittelstufen-Zusatzantrieb, wobei er die PL an den Zielpunkt für den Einschuss in die Umlaufbahn bringt, wonach sich die PL von dem Zusatzantrieb trennt (RU-Pat. Nr. 2061630, IPC6 B64G 1/14).
  • Ein Nachteil dieses Verfahrens ist das Risiko, dass der Mittelstufen-Zusatzantrieb vor der Trennung von dem CA gezündet wird, sowie die Unmöglichkeit, die potentielle Gewichtshubfähigkeit des Gesamtsystems zu erreichen, da der Mittelstufen-Zusatzantrieb in dem Horizontalflug des CA gezündet wird.
  • Es ist ein Verfahren zum Einschießen in die Umlaufbahn bekannt, das ein Horizontalabschusssystem enthält, das eine Tankerflugzeugzelle mit einem angetriebenen abtrennbaren Flugzeug (A/C) umfasst.
  • Dieses Verfahren wird auf folgende Weise realisiert. Der Horizontalabschuss des Gesamtsystems wird dadurch geschaffen, dass den A/C-Motoren Treibstoff aus den Flugzeugzellentanks zugeführt wird. Nachdem das A/C die vorgegebene Betriebsgeschwindigkeit erreicht hat, trennt es sich von der Flugzeugzelle und tritt es in die vorgeschriebene Flugbahn ein, während die Flugzeugzelle zur Erde zurückkehrt (RU-Pat. Nr. 2120398, IPC6 B64G 1/14, Anmelder: DASA, ein deutsches Unternehmen).
  • Dieses Verfahren besitzt die gleichen Nachteile wie das oben beschriebene Verfahren, zusammen mit einem schlechten energetischen Wirkungsgrad wegen der Notwendigkeit, die A/C-Motoren zu verwenden, um das gesamte Flugzeugzellen-A/C-System vom Boden zu beschleunigen, was zu einem ungerechtfertigten Übergewicht der A/C-Struktur und zu einem Verlust seiner Lastbeförderungskapazität führt.
  • Außerdem ist ein Verfahren bekannt, um ein Luft- und Raumfahrsystem, Rockwell International Corporation, in eine Umlaufbahn zu bringen (US-Pat. Nr. 5402965, IPC6 B64G 1/14). In Übereinstimmung mit diesem Verfahren führt ein Lastflugzeug mit einer Trägerrakete (LV), die eine geflügelte erste Stufe, die mit einer Nutzlast beladen ist, und eine wiederherstellbare geflügelte letzte Stufe umfasst, einen Horizontalflug zu dem LV-Abschusspunkt aus, trennt sich die LV von dem CA, wird die LV in die geplante Flugbahn geschossen und wird die wiederherstellbare geflügelte letzte Stufe von der LV getrennt. Die wiederherstellbare geflügelte letzte Stufe wird in die Umlaufbahn eingeführt, führt die Einsatzaufgabe aus, verlässt die Umlaufbahn und führt die aerodynamische Verzögerung in der Atmosphäre und die gesteuerte flugzeugähnliche Landung auf einem bestimmten Flughafen aus.
  • Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die Notwendigkeit, eine geflügelte erste Stufe der LV zu verwenden und sie im Horizontalflug von dem CA zu trennen, was dementsprechend das Struktwgewicht der ersten Stufe der LV erhöht und nicht ermöglicht, die optimalen kinematischen Anfangsabschussparameter der LV nach der LV-CA-Trennung zu realisieren.
  • Das Analogon, das dem vorgeschlagenen Verfahren am ähnlichsten ist, ist das Verfahren zum Einschießen in die Umlaufbahn, das im US-Pat. Nr. 4901949, IPC6 B64C 3/38, Orbital Sciences Corporation (PCT/LTS 89/00867, B. März 1989) offenbart ist (geschützt durch das RU-Pat. Nr. 2026798, IPC6 B64D 5/100, F42B 15/00).
  • Dieses Verfahren wird für ein Luft- und Raumfahrsystem verwendet, das ein CA, eine Dreistufen-LV mit einer geflügelten ersten Stufe und eine PL verwendet.
  • Dieses Verfahren umfasst, dass eine LV bis zu dem Punkt ihres Abschusses in die Flugbahn des CA beschleunigt wird, wobei die Flugrichtung des CA mit der Abschussrichtung der LV zusammenfällt, wobei eine horizontale Trennung der LV von dem CA stattfindet, wobei das Motorsystem der ersten Stufe nach der Trennung und nachdem die LV in einer horizontalen Position hinter dem CA hinterherfliegt gezündet wird, wobei die LV unter Verwendung der aerodynamischen Hubkraft der geflügelten ersten Stufe und der Schubkraft ihrer Motoren beschleunigt wird und wonach die geflügelte erste Stufe abgetrennt und die zweite Stufe gezündet wird.
  • Einer der Nachteile dieses Verfahrens des Einschießens in die Umlaufbahn ist die Notwendigkeit, einen Flügel in der ersten Stufe der LV zu verwenden, was das Gewicht ihrer Konstruktion erhöht und die gleichzeitige Steuerung der aerodynamischen und reaktiven Stellvorrichtungen verkompliziert. Die Zündung des Motorsystems der ersten Stufe, wenn die LV in einer horizontalen Position ist, verhindert, dass das CA vor der LV-CA-Trennung ein optimales Manöver ausführt, um die kinematischen Entwurfsbewegungsparameter (Höhe, Geschwindigkeit, Flugbahnanstellwinkel) zu erreichen, die die maximale Hubfähigkeit der LV in dem vorgegebenen Punkt der Abschussflugbahn sicherstellen.
  • Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist bekannt aus "The NOTS Air-Lunched Sattelites Programme" (J. W. Powell) in dem Journal of the British Interplanetary Society, London (GB), Bd. 50, Nr. 11, 1. November 1997, S. 433–440.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung der Hubkapazität eines Luft- und Raumfahrsystems, wenn eine Nutzlast in den Weltraum gebracht wird und wenn sie an irgendwelche terrestrischen und ozeanischen Gebiete gebracht wird, das Sicherstellen einer zuverlässigem LV-CA-Trennung, um Sicherheit für das Flugzeug und die Besatzungsmitglieder zu schaffen, wenn die Motoren der ersten Stufe der LV gezündet werden, und das Senken der Kosten des Abschusses der Nutzlast.
  • Diese Aufgabe wird gelöst in einem Verfahren zur Steuerung eines Luft- und Raumfahrsystems um eine Nutzlast in eine Umlaufbahn zu bringen, enthaltend das Starten eines Lastflugzeuges mit Trägerrakete und einer Fracht an Bord von einem Basisflughafen, welches diese zum Abschussgebiet der Trägenakete fliegt, Abtrennen der Trägerrakete vom Lastflugzeug und Hinterherfliegenlassen der Trägerrakete hinter dem Lastflugzeug unter anschließendem Abschuss der Trägerrakete zu einem vorbestimmten Punkt der Flugbahn und Abtrennen der Fracht von der Trägerrakete, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastflugzeug bei Maximalreisefluggeschwindigkeit im Abschussbereich der Trägerrakete eine Andrückbewegung durchführt, um die höchste zulässige Horizontalfluggeschwindigkeit zu erreichen, wobei bei Erreichen dieser Geschwindigkeit durch das Flugzeug ein Hochziehen mit maximal möglichem Anstellwinkel bewirkt wird, welches mit einem Übergang zu einem Anstellwinkel beendet wird, welcher eine nahe Null g Last sichert, wobei die oben erwähnten Hochziehparameter so gewählt sind, dass sie geeignet sind, zu einem vorgegebenen Zeitpunkt tP einen Flugbahnpunkt zu erreichen, wo eine Flugzeugmustergeschwindigkeit VD, eine Flughöhe HD und ein Flugbahnanstellwinkel ⧠D ein maximales Lastgewicht der Trägerrakete schaffen und ebenso einen anschließenden Flug des Lastflugzeuges mit zulässigen Parameter sowohl nach Abtrennen der Trägerrakete als auch im Notfalle einer Nichtabtrennung der Trägerrakete sicherstellen, wobei, wenn das Lastflugzeug zur vorgegebenen Zeit tP einen Flugbahnpunkt mit VD, HD, ⧠D Parametern und nahe Null g Last erreicht, die Trägenakete vom Lastflugzeug abgetrennt wird und versehen mit einer Relativgeschwindigkeit zum Trägerflugzeug gleich der Mustergeschwindigkeit, bei welcher die Trägerrakete mit Abstand hinter dem Lastflugzeug in sicherem Abstand in dem Moment hinterherfliegt, in welchem die Motoren der Trägenakete gezündet werden und wobei vor dem Abschuss der Trägenakete zu einem geplanten Flugbahnpunkt die mit der Fracht beladene Trägenkete in eine Position, welche von der Vertikalen um einen Winkel von 10–30° differiert in eine vertikale Ebene in der Abschussrichtung gedreht wird.
  • Das Drehen der Trägerrakete vor ihrem Abschuss mit ihrer Fracht zu einem geplanten Flugbahnpunkt wird durch Raketenmotoren nach deren Zündung bewirkt oder das Drehen der Trägenakete vor ihrem Abschuss mit der Fracht zu dem geplanten Flugbahnpunkt wird durch ein zusätzliches Düsentriebwerk vor dem Zünden des Raketenmotors bewirkt. Das Abtrennen der Trägerrakete vom Lastflugzeug wird unter Stabilisierung der Lage des Lastflugzeugs in einem Inertialkoordinatensystem vorgenommen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung der Hubkapazität eines Luft- und Raumfahrsystems, wenn eine PL in den Weltraum gebracht wird, das Sicherstellen einer zuverlässigen Abtrennung der LV von dem CA, um Sicherheit für das Flugzeug und seine Besatzungsmitglieder zu schaffen, wenn die Motoren der ersten Stufe der LV gezündet werden, und das Senken der Kosten der Entwicklung eines Luft- und Raumfahrsystems und der Kosten des Abschusses einer Nutzlast.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Das Wesen der Erfindung wird in dem in 1 gezeigten Diagramm der Steuerung des Luft- und Raumfahrsystems erläutert, in dem Folgendes gezeigt ist:
  • 1
    Lastflugzeug mit LV und PL an Bord;
    2
    Trägerrakete;
    3
    Nutzlast;
    4
    horizontaler Start eines CA von einem Basisflughafen;
    5
    Abschnitt des CA-Flugs zu dem LV-Abschussgebiet;
    6
    Abschnitt des CA-Flugs mit Maximalreisefluggeschwindigkeit;
    7
    Abschnitt der CA-Andrückbewegung und Erzielen der höchsten zulässigen Horizontalfluggeschwindigkeit;
    8
    Abschnitt des CA-Hochziehens mit maximal zulässigem Anstellwinkel;
    9
    Abschnitt mit einem Verringern des CA-Anstellwinkels und Übergang zu einem Flug mit nahe Null g Last (0–0,2 der Gravitationskraft);
    10
    Abschnitt des angetriebenen LV-Flugs und des LV-Hinterherflugs hinter dem Lastflugzeug in sicherer Entfernung;
    11
    Abschnitt des LV-Herumziehmanövers und Erreichen eines optimalen Anstellwinkels für den Abschuss der LV mit der PL in einem geplanten Flugbahnpunkt;
    12
    Abschnitt des Brennens der ersten LV-Stufe;
    13
    Abschnitt des Brennens der letzten LV-Stufe;
    14
    LV-PL-Abtrennung;
    15
    Flugbahn des CA-Flugs zum Landeflughafen nach Ausstoß der PL aus der LV;
    16
    Flugbahn des Lastflugzeugflugs zum Landeflughafen nach Abbruch des PL-Ausstoßes aus der LV;
    17
    CA-Landeflughafen;
    18
    LV-Abschussbereichspunkt;
    19
    Startpunkt des Herunterziehmanövers;
    20
    höchste zulässige Horizontalgeschwindigkeit des CA-Flugs;
    21
    Punkt des Anfangs des Verringerns des Anstellwinkels des CA;
    22
    Ankunftspunkt zu einer vorgegebenen Zeit tP mit den Musterwerten der Parameter Geschwindigkeit VD, Höhe HD und Neigung der Flugbahn ⧠D, Erzielen einer nahe Null g Last des CA und nachfolgender LV-Ausstoß mit der Mustergeschwindigkeit des Hinterherfliegens in Bezug auf das CA;
    23
    Ankunftspunkt der LV in einem Punkt in sicherer Entfernung in Bezug auf das CA und Anfangspunkt des LV-Herumziehmanövers;
    24
    Punkt, an dem die LV den optimalen Anstellwinkel erreicht, welcher von der Vertikalen um einen Winkel von 10–30° in der vertikalen Ebene entlang der Abschussrichtung differiert;
    25
    Punkt des Abwurfs der LV-Treibstoffkomponenten (falls der LV-Ausstoß abgebrochen wurde);
    26
    Punkt der Abtrennung der ersten LV-Stufe und des Zündens der zweiten Stufe;
    27
    Punkt der Abtrennung der LV-Raketenspitze;
    28
    Punkt des Ausbrennens der letzten LV-Stufe und der PL-Abtrennung.
  • Bestes Verfahren zur Ausführung der Erfindung
  • Das vorgeschlagene Verfahren zur Steuerung des Flugs eines Luft- und Raumfahrsystems wird auf folgende Weise realisiert.
  • Nachdem ein CA 1 mit einer LV 2 und einer PL 3 an Bord von einem Basisflughafen 4 startet und das CA 1 zu einem LV-Abschussbereich 5 fliegt, schaltet das CA auf die Maximalreisefluggeschwindigkeit, wenn der Abschussbereich (Punkt 18) erreicht ist (Abschnitt 6).
  • Wenn der Musterpunkt 19 des Flugs mit Maximalreisefluggeschwindigkeit erreicht ist, beginnt das Lastflugzeug 1 das Herunterziehmanöver, wobei sich die Fluggeschwindigkeit auf die höchste zulässige Horizontalgeschwindigkeit erhöht (Abschnitt 7).
  • Wenn die höchste zulässige Horizontalfluggeschwindigkeit erreicht ist (Punkt 20), schaltet das CA 1 auf den Hochziehflug mit dem maximal zulässigen Anstellwinkel (Abschnitt 8), der in dem Übergang (Punkt 21) zu einem Anstellwinkel gipfelt, der sicherstellt, dass auf das CA 1 eine nahe Null g Last wirkt (Abschnitt 9).
  • Wenn bei einer vorgegebenen Zeit tP die Musterfluggeschwindigkeit VD, die Musterflughöhe HD, der Musterflugbahnanstellwinkel ⧠D und eine nahe Null g Last (0–0,2 der Gravitationskraft), die auf das CA 1 wirkt, erreicht sind, wird die LV 2 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit des Hinterherfliegens relativ zu dem CA 1 von dem CA 1 abgetrennt (Punkt 22).
  • Nach der Abtrennung der LV 2 und ihrem Hinterherfliegen hinter dem CA 1 im angetriebenen Flug (Abschnitt 10) in einem vorgegebenen sicheren Abstand (Punkt 23) wird das Herumziehmanöver der LV 2 ausgeführt, bis der optimale Anstellwinkel erreicht ist, um die LV 2 mit der PL 3 in einen geplanten Punkt des Flugs auf der Flugbahn abzuschießen (Abschnitt 11). Das Herumziehmanöver kann entweder durch Motoren nach ihrer Zündung oder durch ein zusätzliches Düsentriebwerk vor Zünden der Motoren ausgeführt werden.
  • Nachdem der optimale Anstellwinkel der LV, welcher von der Vertikalen um einen Winkel von 10–30° in der vertikalen Ebene in der Abschussrichtung differiert, erreicht ist (Punkt 24), wird der aktive Flug der ersten Stufe der LV ausgeführt (Abschnitt 12), worauf die Abtrennung der ersten Stufe der LV (Punkt 26), der aktive Flug der LV-Bahnwechselstufen (Abschnitt 13), die Abtrennung der Raketenspitze (Punkt 27), das Ausbrennen der letzten Stufe (Punkt 28) und die PL-LV-Abtrennung (Abschnitt 14) folgt.
  • Nachdem die LV 2 ausgestoßen worden ist (Punkt 22), fliegt das CA entlang der Flugbahn 16 zum Landeflughafen.
  • Falls die Abtrennung der LV 2 mit der PL 3 von dem CA 1 zur vorgegebenen Zeit tP (Punkt 22) abgebrochen wird, fliegt das CA mit der LV und der PL an Bord entlang der Flugbahn 16 zum Landeflughafen. Um die Sicherheit des CA 1 und seiner Besatzungsmitglieder sicherzustellen, wird der LV-Treibstoff über Bord geworfen (Punkt 25), wobei das CA mit leeren LV- und PL-Tanks auf dem Flugplatz 17 landet.
  • Das technische Ergebnis der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen der Möglichkeit, wegen des Ausstoßes der LV während des CA 1-Flugs mit nahe Null g Last (Nahezu-Null-Gravitations-Bedingung) das Bruttoabschussgewicht der LV 2 zu vergrößern, was es ermöglicht, mittels verfügbarer aerodynamischer Flugsteuervorrichtungen, wenn sich die LV bewegt, und dadurch, dass ihr die Mustergeschwindigkeit des Hinterherfliegens hinter dem CA 1 verliehen wird, die CA-Trimmung und -Steuerung sicherzustellen.
  • Die Vergrößerung des Bruttoabschussgewichts der LV 2 und das Erreichen der Parameter der Musterfluggeschwindigkeit VD, der Musterhöhe HD und des Musterflugbahnanstellwinkels ⧠D zu einem vorgegebenen Zeitpunkt tP sichern eine maximale Trägerraketennutzlast, was im Ergebnis der aufeinander folgenden Herunter- und Heraufziehmanöver ermöglicht, die maximale Hubkapazität des Luft- und Raumfahrsystems beim Bringen einer PL in die Umlaufbahn zu erreichen.
  • Die Abtrennung der LV 2 von dem CA 1 während des Nahe-null-g-Last-Flugs, wobei der LV eine Geschwindigkeit des Hinterherfliegens hinter dem CA 1 erteilt wird, die gleich der Mustergeschwindigkeit der LV, die hinter dem CA in sicherem Abstand hinterherfliegt, ist, zum Zeitpunkt der Zündung der Motoren der Trägerrakete schafft eine zuverlässige LV-CA-Abtrennung mit minimaler Belastung sowie eine Sicherheit für das Lastflugzeug und seine Besatzungsmitglieder, wenn die Motoren der ersten Stufe in sicherem Abstand gezündet werden.
  • Das vorgeschlagene Verfahren zur Steuerung des Luft- und Raumfahrsystems, um eine Nutzlast in eine Umlaufbahn zu bringen, ermöglicht es, auf die Notwendigkeit zum Erzeugen aerodynamischer Flugvorrichtungen (Flügel, Flosse) an der LV zur Steuerung ihres getriebenen Flugs zu verzichten und somit die LV-Struktur zu vereinfachen, den Aufwand für die Entwicklung, den Test und die Herstellung dieser Vorrichtungen zu beseitigen und folglich die Entwicklungskosten für das Luft- und Raumfahrsystem sowie die Nutzlastabschusskosten zu senken.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Nachfolgend wird beispielhaft eine Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens zur Steuerung eines Luft- und Raumfahrsystems gegeben. Das System verwendet ein schweres Transportflugzeug AN-124-100, Ruslan, als Transportflugzeug und eine Zweistufen-Flüssigtreibstoff LV mit verunreinigungsfreien Treibstoffkomponenten (LOX/Kerosin). Die Trägenakete besitzt ein Gewicht von 80–100 t sowie einen motorgesteuerten Ansstellwinkel, motorgesteuerte Rollbewegung und mtorgesteuertes Gieren. Die LV-Nutzlastkapazität für die polare Basislinienumlaufbahn ist 2–3 t. Der LV-Ausstoß von dem CA wird durch die Verwendung eines Transport- und Abschussbehälters ausgeführt, der mit einem Pneumatiksystem ausgestattet ist.
  • Nach dem Start von dem Basisflughafen 4 und der Ankunft in dem LV-Abschussgebiet schaltet das CA in einer Höhe von etwa 10 km und bei einer Geschwindigkeit von etwa 830–845 km/h auf die Maximalreisefluggeschwindigkeit.
  • 35–40 s vor der geplanten LV-Ausstoßzeit beginnt das CA ein Herunterziehen, wobei es nach 12–17 s die höchste zulässige Horizontalgeschwindigkeit M = 0,8–0,81 erreicht, wobei die Flughöhe auf 9,5–9,7 km abnimmt.
  • Nachdem die höchste zulässige Horizontalgeschwindigkeit erreicht ist, schaltet das CA in den Hochziehflug mit einem maximal zulässigen Anstellwinkel, welcher sich in dem Hochziehabschnitt von 7° zu Beginn auf 11,5° am Ende ändert, während die Fluggeschwindigkeit auf M = 0,62 abnimmt, die Höhe auf 10,5–11 km zunimmt und der Flugbahn-Anstellwinkel 27–29° erreicht.
  • 35–40 s vor der geplanten LV-Ausstoßzeit beginnt das CA den Übergang zu einem kleinen Anstellwinkel und zur Verringerung der normalen g Last bis herunter auf nahe null Werte. Dabei nimmt der Anstellwinkel des Flugzeugs auf 2–2,5° ab.
  • Wenn die geplante LV-Ausstoßzeit tP erreicht ist und eine nahe Null normal g Last erreicht ist, wird die LV durch das Pneumatikausstoßsystem mit der Mustergeschwindigkeit der LV für das Hinterherfliegen hinter dem Lastflugzeug aus dem Transport- und Abschussbehälter gestoßen. Dabei besitzt das CA die Musterwerte der Geschwindigkeit VD = 0,6 M, der Höhe HD = 11–11,4 km und des Flugbahn-Anstellwinkels ⧠D~20–25°, was dazu dient, die maximale Trägerraketennutzlast zu schaffen sowie einen nachfolgenden Flug des CA mit zulässigen Parametern sowohl nach der erfolgreichen LV-Abtrennung als auch nach einem LV-Abtrennungsabbruch sicherzustellen.
  • Nach 5–6 s angetriebenen Flugs und Hinterherflug der LV hinter dem CA in einem sicheren Abstand (etwa 150 m) werden die LV-Motoren gezündet und wird mit ihrer Hilfe das LV-Herumziehmanöver auf Anstellwinkel von 10–30° von der Vertikalen in einer vertikalen Ebene entlang der Abschussrichtung ausgeführt, woraufhin das Brennen der ersten LV-Stufe ausgeführ wird, worauf das Abtrennen der ersten LV-Stufe, das Brennen der zweiten LV-Stufe, das Abtrennen der Raketenspitze, das Ausbrennen der zweiten Stufe und die PL-LV-Abtrennung folgen.
  • Nach dem LV-Ausstoß oder nach einem Ausstoßabbruch (Notfallsituation) fliegt das CA zu dem Landeflughafen, wobei der LV-Treibstoff im Fall einer Notfallsituation über Bord geworfen wird und das CA mit leeren LV-Tanks auf dem Flughafen landet.
  • Das vorgeschlagene Steuerverfahren ermöglicht, die maximal mögliche Trägerraketenmasse (bis zu 100 Tonnen) zu erreichen, die Hubkapazität des Luft- und Raumfahrsystems auf eine Grundlinie (200 km) der polaren Umlaufbahn auf 3 Tonnen anzuheben, eine zuverlässige LV-CA-Abtrennung sicherzustellen, die Sicherheit des CA und seiner Besatzung beim Zünden der LV-Motoren sicherzustellen, die LV-Struktur durch den Verzicht auf aerodynamische Flugvorrichtungen (Flügel, Flosse) zu vereinfachen und die Aufwendungen für die Entwicklung und den Nutzlastabschuss zu senken.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Luft- und Raumfahrsystems um eine Nutzlast in eine Umlaufbahn zu bringen, enthaltend die Schritte Starten eines Lastflugzeuges (1) mit Trägerrakete (2) und der Fracht (3) an Bord von einem Basisflughafen (4), welches diese zum Abschußgebiet (5) der Trägerrakete fliegt, Abtrennen der Trägerrakete vom Lastflugzeug und Hintefierfliegenlassen der Trägerrakete (2) hinter dem Lastflugzeug (1) unter anschließendem Abschuß der Trägerrakete (2) zu einem vorbestimmten Punkt der Flugbahn und Abtrennen der Fracht (3) von der Trägerrakete (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Lastflugzeug (1) bei Maximalreisefluggeschwindigkeit (6) im Abschußbereich (5) der Trägerrakete (2) eine Andrückbewegung (7) durchführt, um die höchste zulässige Horizontalfluggeschwindigkeit zu erreichen, wobei bei Erreichen dieser Geschwindigkeit durch das Flugzeug ein Hochziehen (8) mit maximal zulässigen Anstellwinkel bewirkt wird, welches mit einem Übergang (9) zu einem Anstellwinkel beendet wird, welcher eine nahe Null g Last sichert, wobei die Hochziehparameter so gewählt sind, daß sie geeignet sind, zu einem vorgegebenen Zeitpunkt tp einen Flugbahnpunkt zu erreichen, wo eine Flugzeugmustergeschwindigkeit VD, eine Flughöhe HD und ein Flugbahnanstellwinkel θD ein maximales Lastgewicht (3) der Trägerrakete (2) schaffen und ebenso einen anschließenden Flug des Lastflugzeuges (1) mit zulässigen Parametern sowohl nach Abtrennen der Trägerrakete, als auch im Notfalle einer Nichtabtrennung der Trägerrakete (2) sicher stellen, wobei, wenn das Lastflugzeug (1) zur vorgegebenen Zeit tp einen Flugbahnpunkt mit VD, HD, θD Parametern und nahe Null g Last erreicht, die Trägerrakete (2) vom Lastflugzeug (1) abgetrennt wird und versehen mit einer Relativgeschwindigkeit zum Trägerflugzeug (1) gleich der Mustergeschwindigkeit (10), bei welcher die Trägerrakete (2) mit Abstand hinter dem Lastflugzeug (1) in sicherem Abstand in dem Moment hinterher fliegt, in welchem die Motoren der Trägerrakete ge zündet werden und wobei vor dem Abschuß der Trägerrakete (2) zu einem geplanten Flugbahnpunkt die mit der Fracht (3) beladene Trägerrakete in eine Position, welche von der Vertikalen um einen Winkel von 10–30° differiert in eine vertikale Ebene in der Abschußrichtung gedreht wird (11).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehen der Trägerrakete (2) vor ihrem Abschuß mit ihrer Fracht (3) zu dem geplanten Flugbahnpunkt durch Raketenmotoren nach deren Zündung bewirkt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehen der Trägerrakete (2) vor ihrem Abschuß mit der Fracht (3) zu dem geplanten Flugbahnpunkt durch ein zusätzliches Düsentriebwerk vor dem Zünden des Raketenmotors bewirkt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtrennen der Trägerrakete (2) vom Lastflugzeug (1) unter Stabilisierung der Lage des Lastflugzeugs in einem Inertialkoordinatensystem vorgenommen wird.
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