LV15679B

LV15679B - System for payload launching into a low-earth orbit

Info

Publication number: LV15679B
Application number: LVP-22-12A
Authority: LV
Inventors: Sergey Kravchenko; Nikolajs KUĻEŠOVS; Ilmārs BLUMBERGS; Natalia Panova; Vladimirs ŠESTAKOVS
Original assignee: Rīgas Tehniskā Universitāte
Priority date: 2022-02-23
Filing date: 2022-02-23
Publication date: 2023-05-20
Also published as: LV15679A

Abstract

Izgudrojums attiecas uz aviācijas un kosmosa nozari, jo īpaši uz derīgās kravas nogādes sistēmām nepieciešamajā Zemes orbītā. Sistēma satur lidmašīnu un trīspakāpju nesēju (18). Trīspakāpju nesēja pirmā pakāpe ir atkārtoti izmantojams spārnots lidaparāts lidošanai virsskaņas ātrumā, kas satur savstarpēji savienotu labo korpusu (7) un kreiso korpusu (8), spārna fizelāžu (9), spārnus (10) un astes stabilizatorus (11). Trīspakāpju nesēja otrā pakāpe ir divu korpusu spārnots hiperskaņas lidaparāts ar zemu novietotu spārnu (15) aerodinamisko konstrukciju, kas satur spārnu-fizelāžu (12), savstarpēji savienotu labo korpusu (13) un kreiso korpusu (14), starp kuriem ir izveidots kravas nodalījums. Savukārt trīspakāpju nesēja trešā pakāpe ir raķete (17), kas pielāgota, lai būtu ievietojama nesēja otrās pakāpes kravas nodalījumā. Trīspakāpju nesējs (18) ir piekārts pie platformas lidmašīnas piekares (6).The invention relates to the aerospace industry, in particular to payload delivery systems in the necessary Earth orbit. The system comprises an aircraft and a three-stage carrier (18). The first stage of the three-stage carrier is a reusable supersonic winged aircraft consisting of an interconnected right fuselage (7) and left fuselage (8), wing fuselage (9), wings (10) and tail stabilizers (11). The second stage of the three-stage carrier is a two-body winged hypersonic aircraft with a low-lying wing (15) aerodynamic structure comprising a wing-fuselage (12), an interconnected right body (13) and left body (14), between which a cargo compartment is formed. The third stage of the three-stage carrier, on the other hand, is a rocket (17) adapted to be placed in the cargo compartment of the second stage of the carrier. The three-stage carrier (18) is suspended from the platform plane suspension (6).

Description

IZGUDROJUMA APRAKSTSDESCRIPTION OF THE INVENTION

Tehnikas nozareTechnical sector

[001 ] Izgudrojums attiecas uz aviācijas un kosmosa nozari, jo īpaši uz derīgās kravas nogādes sistēmām nepieciešamajā Zemes orbītā.[001 ] The invention relates to the aerospace industry, in particular to systems for delivering payloads into the required Earth orbit.

Zināmais tehnikas līmenisThe known state of the art

[002] Pateicoties savām aerodinamiskās konstrukcijas īpašībām, spārnotais gaisa kuģis ļauj izpildīt šo uzdevumu veiksmīgāk, kā to spētu nesējraķete. Spārnotam gaisa kuģim piemīt labāka manevrētspēja, un tā efektivitātes rādītāji ir augstāki nekā nesējraķetei, jo tiek izmantoti aerodinamiskie spēki, kas neizbēgami piemīt spārnotam gaisa lidaparātam [1], Divu spārnotu posmu klātbūtne ļauj tos efektīvāk izmantot dažādos lidojuma apstākļos.[002] Due to its aerodynamic design characteristics, a winged aircraft can accomplish this task more successfully than a launch vehicle could. A winged aircraft has better maneuverability and is more efficient than a launch vehicle due to the use of the aerodynamic forces inherent in a winged aircraft [1], The presence of two winged stages allows them to be used more efficiently in various flight conditions.

[003] Platformas lidmašīna ir zemskaņas lidmašīna ar lielu lidojuma diapazonu un zemām vienas lidojuma stundas izmaksām, taču šādu lidmašīnu var efektīvi izmantot tikai salīdzinoši liela blīvuma atmosfērā (piemēram, A319 Airbus® sasniedz augstumu līdz 12 km). Pirmā sistēmas pakāpe, derīgās kravas nogādāšanai Zemes orbītā ir virsskaņas lidmašīna, kuru var efektīvi izmantot gadījumā, ja tiek izmantoti īpaši modificēti dzinēji, piemēram, izmantojot MIPCC tehnoloģiju (masas iesmidzināšanas priekšdzesēšanas kompresors pie lieliem virsskaņas ātrumiem un lielā augstumā [1]). Šādam lidaparātam ir labas lidojuma īpašības arī pie zemskaņas ātrumiem, lai gan pie šādiem ātrumiem uzrādītie rādītāji ir sliktāki kā zemskaņas gaisa kuģiem. Otrā sistēmas atdalīšanās pakāpe derīgās kravas nogādāšanai Zemes orbītā ir hiperskaņas gaisa lidaparāts, kuru var efektīvi izmantot lielā hiperskaņas ātrumā un, lietojot raķešu dzinējus, šādam lidaparātam ir apmierinošas lidojuma īpašības gan virsskaņas, gan zemskaņas ātrumos, lai gan katrā šajā ātruma diapazonā, hiperskaņas lidaparāts efektivitātes ziņā ir sliktāks kā attiecīgi virsskaņas lidmašīna virsskaņas ātruma režīmos un zemskaņas lidmašīnas zemskaņas ātruma režīmos.[003] A platform aircraft is a subsonic aircraft with a long flight range and low cost per flight hour, but such an aircraft can only be effectively used in a relatively dense atmosphere (for example, the A319 Airbus® reaches an altitude of up to 12 km). The first stage of the system, for the delivery of the payload into Earth orbit, is a supersonic aircraft, which can be effectively used if specially modified engines are used, for example, using MIPCC technology (mass injection precooling compressor at high supersonic speeds and high altitudes [1]). Such an aircraft has good flight characteristics even at subsonic speeds, although the performance at such speeds is worse than that of subsonic aircraft. The second level of separation of the system for delivering the payload into Earth orbit is the hypersonic aircraft, which can be effectively operated at high hypersonic speeds and, using rocket engines, such an aircraft has satisfactory flight characteristics at both supersonic and subsonic speeds, although in each of these speed ranges, the hypersonic aircraft is worse than a supersonic aircraft in supersonic speed regimes and a subsonic aircraft in subsonic speed regimes, respectively.

[004] Ir zināma sistēma satelītu palaišanai Zemei tuvā orbītā [2], kas sastāv no lidmašīnas platformas L-1011, kas vienlaikus kalpo arī kā lidojumu kontroles un datu centrs, un trīspakāpju derīgās kravas nesējs “Pegasus”. Trīspakāpju nesējs ir izgatavots pēc tandēma shēmas, kurā visas trīs nesēja pakāpes novietotas koaksiāli. Pirmā pakāpe ir spārnotais lidaparāts ar raķešu dzinēju. Šīs palaišanas sistēmas galvenais trūkums ir tas, ka katra no šīm trim nesēja pakāpēm ir lietojamas tikai vienu reizi. Tas palielina izmaksas kravas nogādāšanai Zemes orbītā un palielina tuvējā kosmosa un vides piesārņojumu.[004] A system for launching satellites into near-Earth orbit [2] is known, consisting of the L-1011 aircraft platform, which also serves as a flight control and data center, and the Pegasus three-stage payload carrier. The three-stage carrier is made according to the tandem scheme, in which all three carrier stages are placed coaxially. The first stage is a winged aircraft with a rocket engine. The main disadvantage of this launch system is that each of these three carrier stages can only be used once. This increases the cost of delivering cargo into Earth orbit and increases pollution of nearby space and the environment.

[005] Ir zināms projekts RASCAL (angļu vai. Responsive Access, Small Cargo, Affordable Launch) [1], kas ir ASV Aizsardzības ministrijas projekts. Šī projekta ietvaros tika ierosināts izmantot lidmašīnu, kuras prototips ir iznīcinātājs F-22 kā platformas lidmašīna, un trīspakāpju nesēju, kas sastāv no trīs raķešu tandēma shēmas, kurā tās novietotas viena aiz otras lineāri. Šādu lidmašīnu dzinēju sistēmas plānots aprīkot ar speciāli modificētiem dzinējiem, izmantojot MIPCC tehnoloģiju. Visas trīs šī pārvadātāja raķetes arī ir lietojamas tikai vienu reizi, kas ir ievērojams trūkums gan nesēju sastāvdaļu atkārtotai izmantošanai, gan vides piesārņojuma palielināšanai. Kā šī projekta trūkumu komerciālai lietošanai var minēt arī augstās F-22 iznīcinātāja lietošanas izmaksas un nelielo darbības rādiusu, salīdzinot ar L-1011 vai citām transporta lidmašīnām.[005] The RASCAL (Responsive Access, Small Cargo, Affordable Launch) project [1] is known, which is a project of the US Department of Defense. Within this project, it was proposed to use an aircraft, the prototype of which is the F-22 fighter, as a platform aircraft, and a three-stage carrier consisting of a tandem scheme of three missiles, in which they are placed one behind the other in a linear fashion. The engine systems of such aircraft are planned to be equipped with specially modified engines using MIPCC technology. All three rockets of this carrier are also usable only once, which is a significant disadvantage both for the reuse of carrier components and for increasing environmental pollution. The high cost of using the F-22 fighter and the short range compared to the L-1011 or other transport aircraft can also be cited as a disadvantage of this project for commercial use.

[006] Ir zināms Kazahstānas un Krievijas Federācijas kopīgais projekts Išim [3]. Tā pamatā ir iznīcinātājs MiG-31, kuru pavada lidmašīna IL-76. Arī šeit platformas lidmašīna ir apvienota ar trīspakāpju nesējraķeti tandēma shēmā. Šim projektam ir tādi paši trūkumi kā augstāk minētajam projektam, tas ir, derīgās kravas pacelšanas un visu trīs pakāpju augstās izmaksas. Turklāt papildus platformas lidmašīnai-iznīcinātājam jāizmanto vēl viena lidmašīna pārvadātāja lidojuma vadības centrs, šo funkcijas projektā veic lidmašīna IL-76.[006] The Ishim joint project of Kazakhstan and the Russian Federation is known [3]. It is based on the MiG-31 fighter, accompanied by the IL-76 aircraft. Here, too, the platform aircraft is combined with a three-stage launch vehicle in a tandem scheme. This design has the same disadvantages as the above design, that is, the high cost of lifting the payload and all three stages. In addition, in addition to the platform plane-fighter, another plane should be used as the carrier's flight control center, this function is performed by the IL-76 plane in the project.

[007] Ir zināmas vairākas sistēmas satelītu nesēju atdalīšanai, kuras izmanto lidojošu platformu un nesēju. Starp tām ir arī sistēmas, kurās kā pirmo satelītu nesēja pakāpi izmanto spārnotos lidaparātus un to spārnu radīto cēlēj spēku. Šādas sistēmas ir aprakstītas vairākos patentu dokumentos [4-25].[007] Several systems are known for separating satellite carriers that use a flying platform and a carrier. Among them are systems that use winged aircraft and the lift generated by their wings as the first stage of the satellite carrier. Such systems are described in several patent documents [4-25].

[008] Sistēma derīgās kravas nogādei Zemes orbītā izgudrojumam tuvāka ir, izmantojot L1011 platformas lidmašīnu [2]. Šī derīgās kravas nogādes sistēma Zemes orbītā ietver lidmašīnu-platformu L-1011 un atdalāmu trīspakāpju kravas nesēju, kura pirmā pakāpe ir spārnots gaisa kuģis, bet pārējās divas pakāpes ir raķetes. Kā jau minēts, visas trīs atdalāmās satelīta nesēja pakāpes ir vienreizējas lietošanas ierīces. Šai satelīta nesēja konstrukcijai ir trūkumi, kas raksturīgi visām vienreiz lietojamām ierīcēm, proti tie piesārņo tuvo kosmosu un apkārtējo vidi.[008] The system for delivering the payload into Earth orbit is closer to the invention using the L1011 platform aircraft [2]. This payload delivery system into Earth orbit includes the L-1011 aircraft platform and a detachable three-stage payload carrier, the first stage of which is a winged aircraft and the other two stages are rockets. As already mentioned, all three detachable stages of the satellite carrier are single-use devices. This design of the satellite carrier has the disadvantages common to all disposable devices, namely that they pollute the near space and the surrounding environment.

[009] Šī satelītu nesēja otrā pakāpe ir raķete, kuras enerģijas resursu izmantošanas efektivitāte ir zemāka nekā spārnoto lidaparātu darbībā atmosfēras apstākļos [1]. Visām atdalāmā nesēja pakāpēm ir koaksiāls izvietojums. Šī nomaināmā trīspakāpju nesēja konstrukcija [2] ir izgudrojuma prototips.[009] The second stage of this satellite carrier is a rocket, the efficiency of using energy resources is lower than the operation of winged aircraft in atmospheric conditions [1]. All stages of the separable carrier have a coaxial arrangement. This replaceable three-stage carrier design [2] is a prototype of the invention.

Izgudrojuma mērķis un būtībaPurpose and essence of the invention

[010] Izgudrojuma mērķis ir samazināt katras derīgā kravas kilograma pacelšanas orbītā izmaksas, palielinot atkārtoti izmantojamo elementu procentuālo daudzumu nesošajā konstrukcijā, samazinot kosmosu un vidi piesārņojošo strukturālo elementu masu, kas tiks nodrošināts, palielinot daudzkārt izmantojamo konstrukciju īpatsvaru satelītu nesējā derīgās kravas nogādāšanai Zemes orbītā. Lai palielinātu iespēju logu, kad ir atļauta un iespējama derīgās kravas nogādāšana zemes orbītā, piedāvājam izmantot specializētu spārnoto lidaparātu (trīspakāpju nesēju), kas ir piemērots lidojumam atmosfērā mainīgos apstākļos, ņemtas vērā nepieciešamās lidaparāta parametru izmaiņas mainoties nesēja lidojuma augstumam un arī ņemta vērā atmosfēras ietekme uz spārnotajiem lidaparātiem, pieaugot to lidojuma ātrumam.[010] The purpose of the invention is to reduce the cost of lifting each kilogram of payload into orbit by increasing the percentage of reusable elements in the carrier structure, reducing the mass of structural elements that pollute space and the environment, which will be provided by increasing the proportion of reusable structures in the satellite carrier for delivering the payload into Earth's orbit. In order to increase the window of opportunity, when it is allowed and possible to deliver the payload into the earth's orbit, we propose to use a specialized winged aircraft (three-stage carrier), which is suitable for flight in changing atmospheric conditions, taking into account the necessary changes in the parameters of the aircraft when the carrier's flight height changes, and also taking into account the influence of the atmosphere on winged aircraft as their flight speed increases.

[011] Izgudrojuma mērķis tiek sasniegts izveidojot sistēmu derīgās kravas nogādei zemes orbītā, kas satur spārnotu platformas lidmašīnu un zem tās stiprinātu jeb iekārtu trīspakāpju nesēju.[011] The purpose of the invention is achieved by creating a system for the delivery of the payload into earth orbit, which contains a winged platform aircraft and a three-stage carrier of equipment strengthened under it.

[012] Spārnotā lidmašīna satur fizelāžu, spārnus, vismaz vienu dzinēju uz katra spārna, galveno šasiju un priekšējo šasiju. Savukārt fizelāžas apakšējā daļā starp galveno šasiju un priekšējo šasiju ir izveidota piekare. Trīspakāpju nesējs caur nesēja pirmo pakāpi ir atvienojami piekārts pie šīs spārnotās platformas lidmašīnas piekares.[012] A winged aircraft comprises a fuselage, wings, at least one engine on each wing, a main landing gear and a front landing gear. On the other hand, a suspension is created in the lower part of the fuselage between the main landing gear and the front landing gear. The three-stage carrier is releasably suspended from the suspension of this winged platform aircraft through the first stage of the carrier.

[013] Trīspakāpju nesējs satur nesēja pirmo pakāpi, nesēja otro pakāpi un nesēja trešo pakāpi, kas ir raķete. Nesēja pirmā pakāpe ir atkārtoti izmantojams divu korpusu spārnots lidaparāts lidošanai virsskaņas ātrumā augstumos, kas nav pieejami zemskaņas lidmašīnām. Pirmā nesēja pakāpe satur savstarpēji savienotu labo korpusu un kreiso korpusu, spārna fizelāžu, kas izvietota starp labo korpusu un kreiso korpusu, spārnus un astes stabilizatoru. Uz katra korpusa ir izvietots viens astes stabilizators.[013] A three-stage carrier contains a carrier first stage, a carrier second stage, and a carrier third stage, which is a rocket. The first stage of the carrier is a reusable twin-body winged aircraft for flying at supersonic speeds at altitudes inaccessible to subsonic aircraft. The first stage of the carrier consists of an interconnected right fuselage and left fuselage, a wing fuselage located between the right fuselage and left fuselage, wings and a tail stabilizer. One tail stabilizer is located on each body.

[014] Nesēja otrā pakāpe ir divu korpusu spārnots hiperskaņas lidaparāts ar zemu novietotu spārnu aerodinamisko konstrukciju. Nesēja otrā pakāpe satur spārnu - fizelāžu, savstarpēji savienotu labo korpusu un kreiso korpusu, starp kuriem ir izveidots kravas nodalījums, ko noslēdz kravas nodalījuma durvis. Turklāt nesēja otrās pakāpes labais korpuss un kreisais korpuss veidoti tā, lai tie varētu iekļauties starp nesēja pirmās pakāpes labo korpusu un kreiso korpusu. Nesēja otrā pakāpe ir piekārta un piestiprināta nesēja pirmajai pakāpei. Savukārt nesēja trešā pakāpe, kas ir raķete, ir pielāgota, lai būtu ievietojama otrā nesēja kravas nodalījumā. Nesēja trešā pakāpe ir atvienojami piekarināta un piestiprināta pie nesēja otrās pakāpes. Nesēja trešā pakāpe ir pielāgota lidojuma ātrumam, kas sasniedz pirmā kosmiskā ātruma vērtību, un augstumam līdz kosmosam.[014] The carrier's second stage is a twin-body winged hypersonic aircraft with a low-slung wing aerodynamic design. The second stage of the carrier consists of a wing-fuselage, an interconnected right body and left body, between which there is a cargo compartment closed by a cargo compartment door. In addition, the right body and the left body of the second stage of the carrier are designed to fit between the right body and the left body of the first stage of the carrier. The second stage of the carrier is suspended and attached to the first stage of the carrier. The third stage of the carrier, which is the rocket, is adapted to fit into the cargo compartment of the second carrier. The third stage of the carrier is releasably suspended and attached to the second stage of the carrier. The third stage of the carrier is adapted to the flight speed reaching the value of the first space speed and the height to space.

[015] Kopumā kā trīspakāpju sistēma no esošajām atšķiras ar to, ka visas pakāpes ir piestiprinātas zem platformas lidmašīnas vertikālā pakojumā, un divas pirmās pakāpes katra ir divu korpusu spārnotie kuģi, starp kuriem var nostiprināt derīgo kravu raķešu nesēja korpusā. Principā visas trīs pakāpes ir novietotas paralēli, lai gan tehniski tās stiprinās viena zem otras un to konstruktīvais izvietojums nodrošina ļoti kompaktu summāro augstumu.[015] In general, as a three-stage system, it differs from existing ones in that all stages are attached under the platform in a vertical package of the aircraft, and the two first stages are each two-hull winged ships, between which the payload can be secured in the missile carrier body. In principle, all three stages are placed in parallel, although technically they strengthen one under the other and their constructive arrangement ensures a very compact overall height.

[016] Izveidotā sistēma ievērojami atvieglotu mikrosatelītu un nanosatelītu nogādāšanu to nepieciešamajās orbītās.[016] The created system would greatly facilitate the delivery of microsatellites and nanosatellites to their required orbits.

[017] Spārnotā lidmašīna ir zemskaņas spārnotais gaisa kuģis, kas pielāgots lidojumiem relatīvi blīvos atmosfēras slāņos samērā nelielā augstumā, piemēram, Airbus® A319 lidojuma augstums ir līdz 12 km, zemskaņas ātrumos, piemēram, Airbus® A319 attīsta ātrumu līdz 850 km/stundā, lielu attālumu, piemēram, Airbus® A319 darbības rādiuss sasniedz 600 km, un zemas lidojuma izmaksas. Piemērā minētā un tai līdzīgu tipu lidmašīnas atbilst visām mobilās pacelšanas platformas lidojuma raksturlielumu prasībām. Pēc spārnotā kravas nesēja nogādes uz noteiktu planētas punktu, piemērotā augstumā, ar nepieciešamo ātrumu un lidojuma virzienu, spārnotais platformas lidaparāts atdala savu kravu - daudzpakāpju kravas nesēju. Mobilās platformas izmantošana satelīta nesēja pacelšanai ļauj atrisināt vienu no problemātiskākajiem uzdevumiem - gaisa telpas pieejamību nesēja pacelšanai, tas ir, paplašina iespēju logu derīgās kravas nogādāšanai un ievadīšanai Zemes orbītā. Nesēju pakāpju atdalīšana no platformas lidmašīnas virs kāda no pasaules okeāniem ļauj ne tikai vieglāk atrast piemērotu laiku nesēja atdalīšanai, bet arī samazināt iespējamo bojājumu risku trešajām personām, tas savukārt samazina pacelšanas izmaksas, jo samazinās ar kravas nogādi saistīto apdrošināšanas komisiju izmaksas. Papildus faktors, kas ietekmē drošību, ir kravas izvietojums attiecībā pret lidmašīnas smaguma centru. No lidmašīnas vadāmības viedokļa, visdrošākais kravas izkārtojums ir tad, ja atdalāmā krava ir novietota lidmašīnas simetrijas plaknē zem platformas lidmašīnas fizelāžas. Tomēr atstarpi starp fizelāžu un pamatni neizbēgami ierobežo pamatšasijas kāju garums, ko galvenokārt nosaka gaisa kuģa reaktīvā dzinēja atrašanās vieta. Izvēlētais novietojums ir pieejamā vietā kravas un nesēja sastiprināšanai. Pieejamo vietu no abiem sāniem ierobežo reaktīvie dzinēji, gan no priekšas, gan no sāniem pieejamo vietu papildus ierobežo šasija, jāņem vērā arī to kinemātiku, lidmašīnas spārna kustīgos elementus, kā arī gaisa kuģa stāvokļa izmaiņas attiecībā pret zemes virsmu pacelšanās laikā. Tādējādi visām zināmajām satelītu pacelšanas sistēmu nesēju konstrukcijām, kas izvietotas zem lidmašīnas fizelāžas vai uz ārējām balstiekārtām, ir vai nu vienpakāpes shēma, vai daudzpakāpju tandēma shēma, kurā visi posmi novietoti tandēmā, tas ir - viens aiz otra. Tas rada visu pakāpju kopējā garuma ierobežojumu, jo atrodas ierobežotā telpā starp priekšējo riteni un plakni, kas iet gar galveno riteņu apakšējo virsmu tangenciāli līdz aizmugurējai fizelāžai, kur to ierobežo leņķis, kādā lidmašīna paceļas no skrejceļa lidmašīnas pacelšanās laikā. Gadījumā, ja vairākas nesēju pakāpes ir izvietotas viena virs otras, tad to kopējais augstums ierobežo augstumu no zemes līdz fizelāžas zemākajam punktam, vēl papildus ņemot vērā drošu atstarpi starp nesošo konstrukciju un zemes virsmu. Divu pakāpju izvietojums paralēli, bet vienu otrai blakus, novedīs pie nesēja pirmās pakāpes asimetrijas pēc otrās pakāpes atdalīšanas. Derīgās kravas novietošanai starp nesēja pirmās pakāpes korpusiem nav šādu trūkumu. Divu nesēju pakāpju vertikālais izmērs būs otrās pakāpes korpusa gabarīts plus pirmās pakāpes spāma-fizelāžas biezums. Abu pakāpju garums var būt vienāds un sasniegt maksimāli pieļaujamo pie platformas lidmašīnas konstrukcijas.[017] A winged aircraft is a subsonic winged aircraft adapted to fly in relatively dense layers of the atmosphere at relatively low altitudes, for example, the Airbus® A319 has a flight height of up to 12 km, at subsonic speeds, for example, the Airbus® A319 develops a speed of up to 850 km/hour, long distance, for example, the range of the Airbus® A319 reaches 600 km, and low flight costs. The aircraft in the example and similar types meet all requirements for the flight characteristics of a mobile lifting platform. After delivering the winged cargo carrier to a certain point on the planet, at a suitable height, with the required speed and direction of flight, the winged platform aircraft separates its cargo - a multi-stage cargo carrier. The use of a mobile platform for lifting a satellite carrier allows solving one of the most problematic tasks - the availability of air space for lifting the carrier, that is, it expands the window of opportunity for delivering the payload and entering it into the Earth's orbit. Separation of the carrier stages from the platform aircraft over one of the world's oceans not only makes it easier to find a suitable time for the separation of the carrier, but also reduces the risk of possible damage to third parties, which in turn reduces the cost of lifting, as the cost of insurance commissions related to the delivery of cargo is reduced. An additional factor affecting safety is the placement of the cargo relative to the aircraft's center of gravity. From an aircraft handling point of view, the safest load arrangement is when the load to be separated is placed in the plane of symmetry of the aircraft under the fuselage of the platform aircraft. However, the space between the fuselage and the base is inevitably limited by the length of the legs of the main landing gear, which is mainly determined by the location of the aircraft's jet engine. The chosen position is in an accessible place for securing the load and the carrier. The space available from both sides is limited by the jet engines, the space available both from the front and from the sides is additionally limited by the landing gear, their kinematics, the moving elements of the aircraft wing, as well as changes in the position of the aircraft relative to the ground during take-off must also be taken into account. Thus, all known satellite lift system carrier structures placed under the aircraft fuselage or on external suspensions have either a single-stage scheme or a multi-stage tandem scheme, in which all stages are placed in tandem, that is, one behind the other. This imposes a limitation on the overall length of all stages because of the limited space between the nose wheel and a plane that runs along the lower surface of the main wheels tangentially to the rear fuselage, where it is limited by the angle at which the aircraft lifts off the runway during takeoff. In the event that several stages of carriers are placed one above the other, their total height limits the height from the ground to the lowest point of the fuselage, additionally taking into account the safe distance between the supporting structure and the ground surface. Placing two stages in parallel, but next to each other, will lead to carrier asymmetry of the first stage after separation of the second stage. Placing the payload between the bodies of the first stage of the carrier has no such disadvantages. The vertical dimension of the two carrier stages will be the hull gauge of the second stage plus the spar-fuselage thickness of the first stage. The length of both steps can be the same and reach the maximum allowed by the design of the platform aircraft.

Zīmējumu sarakstsList of drawings

[018] 1. zīm. ilustrē izgudrojuma prototipu, kas ir “Pegasus” trīspakāpju satelītu palaišanas sistēma ar koaksiāli izvietotām nesēja pakāpēm.[018] Fig. 1 illustrates a prototype of the invention, which is a "Pegasus" three-stage satellite launch system with coaxially arranged carrier stages.

[019] 2. zīm. ilustrē spārnotu platformas lidmašīnu.[019] Fig. 2 illustrates a winged platform aircraft.

[020] 3. zīm. ilustrē nesēja pirmo pakāpi.[020] Fig. 3 illustrates the first stage of carrier.

[021] 4. zīm. ilustrē nesēja otro pakāpi.[021] Fig. 4 illustrates the second stage of carrier.

[022] 5. zīm. ilustrē nesēja trešo pakāpi (17), kas ir raķete.[022] Fig. 5 illustrates the carrier's third stage (17), which is a rocket.

[023] 6. zīm. ilustrē samontētu trīspakāpju nesēju.[023] Fig. 6 illustrates an assembled three-stage carrier.

[024] 7. zīm. ilustrē nokomplektētu spārnotu platformas lidmašīnu ar piekarinātu trīspakāpju nesēju.[024] Fig. 7 illustrates a complete winged platform aircraft with a suspended three-stage carrier.

Izgudrojuma īstenošanas piemēru detalizēts aprakstsDetailed description of examples of implementation of the invention

[025] 1. zīm. ilustrē izgudrojuma prototipu, kas ir “Pegasus” trīspakāpju satelītu palaišanas sistēma ar koaksiāli izvietotām nesēja pakāpēm. Šī trīspakāpju satelītu palaišanas sistēma satur vienreiz izmantojamu satelītu nesēja pirmās spārnotās raķetes pakāpi (19), kas aprīkota ar vienreiz izmantojamu cietās degvielas raķešu dzinēju (20), vienreiz izmantojamu cietās degvielas raķešu dzinēja otro pakāpi (21) un vienreiz izmantojamu cietās degvielas raķešu dzinēja trešo pakāpi (22), kā arī vienreiz izmantojamu priekšējo plūsmvirzītāju (23) un vienreiz izmantojamus astes stabilizatorus (24).[025] Fig. 1 illustrates a prototype of the invention, which is a "Pegasus" three-stage satellite launch system with coaxially arranged carrier stages. This three-stage satellite launch system contains a disposable satellite carrier first cruise missile stage (19) equipped with a disposable solid propellant rocket motor (20), a disposable solid propellant second stage (21) and a disposable solid propellant third stage stage (22), as well as a single-use front deflector (23) and single-use tail stabilizers (24).

[026] 2. zīm. ilustrē spārnotu platformas lidmašīnu, kas satur fizelāžu (1), spārnus (2), vienu dzinēju (3) zem katra spārna (2), galveno šasiju (4) un priekšējo šasiju (5). Fizelāžas (1) apakšējā daļā starp galveno šasiju (4) un priekšējo šasiju (5) ir izveidota piekare (6), kas konfigurēta trispakāpju nesēja atvienojamai noturēšanai. 2. zīm. ilustrētā lidmašīna ir Airbus® A319, kas modificēta ar tai pievienoto piekari (6). Attiecīgi Airbus® A319 konstrukcija un specifikācija trīspakāpju nesējam uzliek sekojošas robežas: nesēja pirmās pakāpes maksimālais platums ir 8,5 m; nesēja pirmās pakāpes maksimālais garums ir 12,9 m; nesēja pirmās pakāpes maksimālais spārnu laukums ir 26,6 m²; trīspakāpju nesēja kopējais svars ir ne lielāks par 10 tonnām; un maksimālā spārnu slodze: 375 kg/m².[026] Fig. 2 illustrates a winged platform aircraft comprising a fuselage (1), wings (2), one engine (3) under each wing (2), a main landing gear (4) and a front landing gear (5). In the lower part of the fuselage (1) between the main landing gear (4) and the forward landing gear (5), a hanger (6) configured to detachably hold the three-stage carrier is provided. Fig. 2 the illustrated aircraft is an Airbus® A319 modified with its attached suspension (6). Accordingly, the design and specification of the Airbus® A319 imposes the following limits on the three-stage carrier: the maximum width of the carrier's first stage is 8.5 m; the maximum length of the first stage of the carrier is 12.9 m; the maximum wing area of the first stage of the carrier is 26.6 m ² ; the total weight of the three-stage carrier is not more than 10 tons; and maximum wing load: 375 kg/m ² .

[027] 3. zīm. ilustrē nesēja pirmo pakāpi, kas ir atkārtoti izmantojams divu korpusu spārnots lidaparāts lidošanai virsskaņas ātrumā. Pirmā nesēja pakāpe satur savstarpēji savienotu labo korpusu (7) un kreiso korpusu (8), spārna fizelāžu (9), kas izvietota starp labo korpusu (7) un kreiso korpusu (8), spārnus (10) un astes stabilizatorus (11). Uz katra korpusa (7; 8) ir izvietots viens astes stabilizators (11). Attiecīgi Airbus® A319 konstrukcijai un specifikācijai nesēja pirmās pakāpes maksimālais platums ir 8,5 m, garums ir 12,9 m, maksimālais spārnu (10) laukums ir 26,6 m², masa līdz 6 tonnām, un maksimālā spārnu slodze: 375 kg/m².[027] Fig. 3 illustrates the first stage of the carrier, which is a reusable two-body winged aircraft for supersonic flight. The first carrier stage contains an interconnected right body (7) and left body (8), a wing fuselage (9) located between the right body (7) and left body (8), wings (10) and tail stabilizers (11). One tail stabilizer (11) is placed on each body (7; 8). According to the design and specification of the Airbus® A319, the maximum width of the first stage of the carrier is 8.5 m, the length is 12.9 m, the maximum wing area (10) is 26.6 m ² , the mass is up to 6 tons, and the maximum wing load: 375 kg /m ² .

[028] 4. zīm. ilustrē nesēja otro pakāpi, kas ir divu korpusu spārnots hiperskaņas lidaparāts ar zemu novietotu spārnu (15) aerodinamisko konstrukciju. Nesēja otrā pakāpe satur spārnu fizelāžu (12), savstarpēji savienotu labo korpusu (13) un kreiso korpusu (14), starp kuriem ir izveidots kravas nodalījums, ko noslēdz kravas nodalījuma durvis (16). Turklāt nesēja otrās pakāpes labais korpuss (13) un kreisas korpuss (14) ir veidoti tā, lai tie varētu iekļauties starp nesēja pirmās pakāpes labo korpusu (7) un kreiso korpusu (8). Nesēja otrās pakāpes vispārējie parametri ir šādi: nesēja otrās pakāpes garums ir 10,0 m, spārnu (15) platums ir 5,0 m, un spārnu laukums ir 25,0 m2. Savukārt nesēja otrās pakāpes masa ir līdz 3,04 tonnām.[028] Fig. 4 illustrates the carrier's second stage, which is a twin-body winged hypersonic aircraft with a low-slung wing (15) aerodynamic design. The second stage of the carrier consists of a wing fuselage (12), an interconnected right body (13) and a left body (14), between which there is a cargo compartment closed by a cargo compartment door (16). In addition, the right body (13) and the left body (14) of the second stage of the carrier are designed to fit between the right body (7) and the left body (8) of the first stage of the carrier. The general parameters of the second stage of the carrier are as follows: the length of the second stage of the carrier is 10.0 m, the wingspan (15) is 5.0 m, and the wing area is 25.0 m2. On the other hand, the mass of the second stage of the carrier is up to 3.04 tons.

[029] 5. zīm. ilustrē nesēja trešo pakāpi (17), kas ir raķete. Savukārt nesēja trešajai pakāpei (17) vispārējie parametri ir šādi: korpusa diametrs ir 1,0 m, garums ir 3,0 m un masa ir līdz 0,96 tonnām.[029] Fig. 5 illustrates the carrier's third stage (17), which is a rocket. On the other hand, the general parameters of the third stage of the carrier (17) are as follows: the diameter of the body is 1.0 m, the length is 3.0 m and the mass is up to 0.96 tons.

[030] 6. zīm. ilustrē samontētu trīspakāpju nesēju. Nesēja trešā pakāpe (17) ir ievietota nesēja otrās pakāpes kravas nodalījumā, kas atrodas starp nesēja otrās pakāpes labo korpusu (13) un kreiso korpusu (14). Savukārt nesēja otrā pakāpe ir izvietota starp nesēja otrās pakāpes labo korpusu (7) un kreiso korpusu (8). Šāda nesēju ievietošana vienam otrā nodrošina kompaktu trīspakāpju nesēju konstrukciju, kas var iekļauties zem lidmašīnas fizelāžas, nezaudējot uzdoto trīspakāpju nesēja veiktspēju.[030] Fig. 6 illustrates an assembled three-stage carrier. The third stage of the carrier (17) is placed in the cargo compartment of the second stage of the carrier, which is located between the right body (13) and the left body (14) of the second stage of the carrier. On the other hand, the second stage of the carrier is located between the right body (7) and the left body (8) of the second stage of the carrier. This nesting of carriers provides a compact three-stage carrier design that can fit under the fuselage of an aircraft without losing the required performance of the three-stage carrier.

[031] Savukārt 7. zīm. ilustrē nokomplektētu spārnotu platformas lidmašīnu ar tās fizelāžai (1) piekarinātu trīspakāpju nesēju (18), kas atrodas starp dzinējiem (3),galveno šasiju (4) un priekšējo šasiju (5).[031] On the other hand, Fig. 7 illustrates a complete winged platform aircraft with a three-stage carrier (18) suspended from its fuselage (1) located between the engines (3), the main landing gear (4) and the front landing gear (5).

[032] Trīspakāpju satelītu nesēja lidojuma trajektorijas matemātiskās modelēšanas analīze parāda iespēju šādu satelīta nesēju sistēmu pacelt zemajā Zemes orbītā, kas apskatāmajā gadījumā ir 100 km; satelīts vai satelīti ar kopējo masu līdz 65 kg ar ātrumu 8000 m/s.[032] Analysis of the mathematical modeling of the flight trajectory of a three-stage satellite carrier shows the possibility of raising such a satellite carrier system into low Earth orbit, which in the case under consideration is 100 km; a satellite or satellites with a total mass of up to 65 kg at a speed of 8000 m/s.

[033] Izgudrojuma izmantošana nodrošina būtisku nepieciešamo izmaksu un kaitīgo izmešu samazinājumu, panākot daudz saudzīgāku ietekmi uz ekoloģiju kā citi konkurējoši projekti.[033] The use of the invention provides a significant reduction in necessary costs and harmful emissions, achieving a much more gentle impact on the ecology than other competing projects.

Izmantotās literatūras avotu sarakstsList of sources of used literature

1. D. A. Young, J. R. Olds. Responsive Access Small Cargo Affordable Launch (RASCAL) Independent Performance Evaluation.1. D.A. Young, J.R. Olds. Responsive Access Small Cargo Affordable Launch (RASCAL) Independent Performance Evaluation.

2. Pegasus. Payload User’s Guide. 2020. Release 8.2. Northrop Grumman. 113 p.2. Pegasus. Payload User’s Guide. 2020. Release 8.2. Northrop Grumman. 113 p.

3. A.Fomin, I.Afanasjev “Migom” - to stars”. “Isim” project.3. A. Fomin, I. Afanasyev "Migom" - their beam". "Isim" project.

4. US4265416.4. US4265416.

5.US6119985.5. US6119985.

6. US5088663.6. US5088663.

7. US5402965.7. US5402965.

8. US6068211.8. US6068211.

9. US6119985.9. US6119985.

10. US654371510. US6543715

11. US7338015.11. US7338015.

12. US20050116110.12. US20050116110.

13. US20080087764.13. US20080087764.

14. US7458544.14. US7458544.

15. US8020482.15. US8020482.

16. US8528853.16. US8528853.

17. US20160039521.17. US20160039521.

18. US10029806.18. US10029806.

19. FR2713593.19. FR2713593.

20. FR2830238.20. FR2830238.

21. WO2017029566.21. WO2017029566.

22. WO1998010985.22. WO1998010985.

23. WO2019133581.23. WO2019133581.

24. EP1207103.24. EP1207103.

25. RU2724001.25. RU2724001.

Claims

1. A system for delivering payloads into Earth orbit, containing:

(a) a winged platform aircraft comprising a fuselage (1), wings (2), at least one engine (3) on each wing (2), main landing gear (4) and front landing gear (5), in addition to the lower part of the fuselage (1) a suspension (6) is formed between the main chassis (4) and the front chassis (5);

b) a three-stage carrier (18), characterized in that the three-stage carrier (18) contains:

(i) the carrier first stage, which is a reusable two-body winged aircraft for supersonic flight, the first carrier stage comprising an interconnected right fuselage (7) and left fuselage (8), a wing fuselage (9) located between the right fuselage (7 ) and the left body (8), wings (10) and tail stabilizers (11), where one tail stabilizer (11) is located on each body (7; 8), ii) the second stage of the carrier, which is a two-body winged hypersonic aircraft with the aerodynamic structure of low-lying wings (15), in addition, the second stage of the carrier contains the wing - fuselage (12), interconnected right body (13) and left body (14), between which a cargo compartment is formed, which is closed by a cargo compartment door (16 ), in addition, the right body (13) and the left body (14) of the second stage of the carrier are designed to fit between the right body (7) and the left body (8) of the first stage of the carrier, and iii) the third stage of the carrier (17) , which is a missile, wherein the third stage (17) of the carrier is adapted to fit into the cargo compartment of the second stage of the carrier, and in that the three-stage carrier (18) is suspended via the first stage of the carrier from the suspension (6) of the winged platform aircraft.

2. System according to claim 1, characterized in that the maximum width of the first stage of the carrier is 8.5 m, the length is 12.9 m, the maximum area of the wings (10) is 26.6 m ² , and the mass is up to 6 tons.

3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the length of the second stage of the carrier is 10.0 m, the width of the wings (15) is 5.0 m, and the area of the wings (15) is 25.0 m ² and the mass is up to 3.04 tons.

A system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the third stage (17) of the carrier has a diameter of 1.0 m, a length of 3.0 m and a mass of up to 0.96 tonnes.