RU2012132664A

RU2012132664A - Способ многократного вывода в космос и возвращения негабаритного груза и устройство его осуществления

Info

Publication number: RU2012132664A
Application number: RU2012132664/11A
Authority: RU
Inventors: Олег Александрович Александров
Original assignee: Олег Александрович Александров
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-02-20
Also published as: RU2627902C2; WO2014021741A3; WO2014021741A2

Abstract

1. Способ многократного вывода в космос и возвращения негабаритного груза и его возвращения, содержащий ракетные ступени с топливом и ракетные двигатели, а также средства для торможения в атмосфере и плавного спуска на землю при возвращении, отличающийся тем, что выводимый негабаритный груз опоясывают экваториальными ступенями, выполненными в виде тора с формой, повторяющей очертания негабаритного груза, ступени при этом их соединяют между собой торцами, а ракетные двигатели на экваториальных ступенях располагают (распределяют) на взаимном расстоянии таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение тяги и разнос точечных виброакустических нагрузок двигателей на максимальное расстояние по всему экватору (нижней окружной поверхности, периметру такой кольцевой ступени) выводимого груза согласно концентрации массы, возможна установка линейного двигателя по всей нижней торцевой части экваториальной ступени, при этом обтекатель выполняют в виде газоопорной обтекаемой конструкции - герметичной оболочки, жесткость которой обеспечивается избыточным давлением газа легче воздуха, например гелием, при этом обтекатель используют для дополнительной аэростатической тяги на начальном участке полета в атмосфере и на участке спасания отработанной верхней торовой (кольцевой) ступени, к которой оно крепиться, причем для исключения донного сопротивления и улучшения условий истечения ракетной струи нижнюю часть ракетной системы снабжают газоопорной конструкцией в виде центрального тела (большого штыревого сопла), выполненного из жаропрочной тонкостенной оболочки, жесткость которой придают избыточным

Claims

1. Способ многократного вывода в космос и возвращения негабаритного груза и его возвращения, содержащий ракетные ступени с топливом и ракетные двигатели, а также средства для торможения в атмосфере и плавного спуска на землю при возвращении, отличающийся тем, что выводимый негабаритный груз опоясывают экваториальными ступенями, выполненными в виде тора с формой, повторяющей очертания негабаритного груза, ступени при этом их соединяют между собой торцами, а ракетные двигатели на экваториальных ступенях располагают (распределяют) на взаимном расстоянии таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение тяги и разнос точечных виброакустических нагрузок двигателей на максимальное расстояние по всему экватору (нижней окружной поверхности, периметру такой кольцевой ступени) выводимого груза согласно концентрации массы, возможна установка линейного двигателя по всей нижней торцевой части экваториальной ступени, при этом обтекатель выполняют в виде газоопорной обтекаемой конструкции - герметичной оболочки, жесткость которой обеспечивается избыточным давлением газа легче воздуха, например гелием, при этом обтекатель используют для дополнительной аэростатической тяги на начальном участке полета в атмосфере и на участке спасания отработанной верхней торовой (кольцевой) ступени, к которой оно крепиться, причем для исключения донного сопротивления и улучшения условий истечения ракетной струи нижнюю часть ракетной системы снабжают газоопорной конструкцией в виде центрального тела (большого штыревого сопла), выполненного из жаропрочной тонкостенной оболочки, жесткость которой придают избыточным давлением газа легче воздуха, при этом оболочку центрального тела используют для спасания другой ступени, к которой его крепят, при этом спасание торовых ступеней осуществляется путем торможения в атмосфере их газоопорными оболочками и парашютирования с частичной аэростатической подъемной силой, которую обеспечивает газоопорный газ гелий или горячий атмосферный газ, поступающий внутрь оболочки обтекателя или центрального тела при торможении через специальные воздухозаборные карманы с клапанами, обеспечивающими вход атмосферного воздуха, но запирающими его выход, а возвращение негабаритного груза производят путем помещения его внутрь герметичной аэродинамической капсулы виде сегментальной капсулы скользящего типа («ФАРА» или сегментально коническая «конус»), выполненной из тонкой жаропрочной оболочки, жесткость которой обеспечивают избыточным давлением газа легче воздуха, например гелием, или горячей плазмой, поступающей внутрь оболочки через воздухозаборные карманы, снабженные клапанами, при котором соблюдается условие отношения массы капсулы с грузом к площади от 0,1 до 50 кг/м², при этом спуск в атмосфере, парашютирование и мягкое приземление негабаритного груза и ступеней производят, используя аэростатическую силу, для чего в качестве газоопоры герметичной оболочки капсулы или обтекателей используют гелий или горячий воздух, например наполняют их оболочку гелием или плазмой набегающего потока на участке входа в атмосферу через специальные воздухозаборные карманы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после спуска полезного груза на другую планету или астероид сегментально конические оболочки груза могут объединяться в многокупольные объекты с герметичным внутренним пространством, для чего их соединяют боковыми сторонами и объединяют, герметизируя соединения, причем после герметичного объединения их образованную площадь наложения удаляют, создавая тем самым общее герметичное внутреннее пространство.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что возвращение модуля с грузом и ступеней к месту старта осуществляют висением в подвижных слоях атмосферы с использованием аэростатической подъемной силы, при этом выбирают попутное направление течения воздушного слоя к месту базирования, например экваториальные пассаты, причем в непосредственной близости от места старта аэростатическую силу модуля и возвращаемых ступеней уменьшают с необходимым расчетом для точной посадки, например, на водную поверхность возле места старта.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество ступеней, опоясывающих негабаритный груз, выбирают в количестве двух, соедененных между собой торцевой частью, причем полезный груз может опоясывать только верхняя ступень, а нижняя ступень может являться платформой, на которой он лежит, при этом газоопорный обтекатель крепят к торцу или периферии (экватору) верхнего тора а центральное тело (газоопорное штыревое сопло) к торцу или периферии нижнего тора, а для создания локальной жесткости и для противодействия скоростному напору верхнюю часть газоопорного обтекателя снабжают отдельной вспомогательной камерой, выполненной из тонкого жаропрочного металла или композиционного материала например углерод-углерода, которую также заполненяют гелием или водородом, но уже под большим давлением, чем основной газоопорный обтекатель, причем для управления и улучшения путевой устойчивости при смещенном в заднюю часть центром тяжести такой системы часть передней вспомогательной камеры снабжают кольцевой топливной емкостью, на которой крепят ракетные двигателями по ее окружности, при этом управление курсовой устойчивостью и курсом ракетной системы осуществляют изменением вектора тяги двигателей и выходом избыточного газа при увеличении давления внутри оболочки обтекателя при наборе высоты ракетной системы, при этом соблюдают условие, что статическая подъемная сила внутри вспомогательной камеры больше веса оболочки обтекателя вместе с кольцевой емкостью и управляющими двигателями по крайней мере на участке предварительного набора высоты.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что полезный груз опоясывает только верхняя ступень, вторая же ступень является платформой, на которой закрепляют груз, причем с целью равномерного распределения тяговой нагрузки от маршевых ракетных двигателей топливная емкость нижней ступени имеет конусную форму, основание которой равномерно подпирает груз по всей площади, а боковая поверхность снабжена многоярусными кольцевыми щелями, распределенными (пирамидальными ярусами) по высоте конуса, внутри которых размещают кольцевые линейные двигатели, при этом саму такую конусообразную емкость возможно интегрировать под большое штыревое сопло, кроме того, стенки емкости при такой конфигурации автоматически охлаждаются компонентами топлива, находящимися в ней, при этом давление внутри емкости, полученное в результате теплообмена, используют для ее самонаддува.

6. Устройство для осуществления способа по п.1, характеризующееся тем, что негабаритный груз в виде кольцевой космической станции с рефлектором и центробежной гравитацией размещают внутри герметичной оболочечной конструкции сегментарно-конической формы типа «ФАРА», форму и жесткость которой придают и поддерживают избыточным давлением газа легче воздуха, экваториальную часть выполняют в виде полого тора, являющегося грузовым или обитаемым отсеком космической станции, причем донная часть сегмента выполнена в виде параболического рефлектора в оптическом или радиодиапазонах а верхняя коническая прозрачная вершина купола конической части снабжена облучателем и внешним стыковочным модулем с узлом противовращения и имеет фокальную высоту от параболического дна, точность которой регулируют осевой трубчатой струной с внутренним герметичным каналом для перемещения людей и грузов, один конец которого крепят к облучателю, а другой к центру силовой многолучевой крестовины, концы лучей которой крепятся внутри экваториального торового отсека, причем крестовина имеет герметичные полости для перемещения пассажиров и грузов, связанные с тором, центральная осевая часть крестовины имеет герметичный цилиндрический отвод за пределы внутреннего пространства капсулы и выходит из параболического днища, оканчиваясь стыковочным отсеком для приема космических аппаратов в космосе с узлом противовращения, предназначенным для компенсации вращения всей капсулы, которую закручивают в космосе для создания центробежной гравитации в отсеках торового кольца, при этом для вывода в космос такой капсулы ее помещают внутрь замкнутых пустотелых торовых ступеней, заполненных ракетным топливом, в нижней торцевой части таких кольцевых ступеней располагают ракетные двигатели, причем к верхней кольцевой ступени по периферии крепят герметичную оболочку обтекателя, выполненного из жаропрочной фольги, ткани или пленки, верхнюю часть обтекателя делят на два отсека диафрагмой, которая образует верхнюю вспомогательную камеру заполненную гелием или водородом с давлением Р1 и создающую статическую подъемную силу, по окружности диафрагмы крепят силовое кольцо в виде узкого пустотелого тора с топливом и ракетными двигателями, расположенными по периферии кольца, двигатели крепят шарнирно к кольцу для управления вектором тяги в диапазоне от создания продольной тяги, ускоряющей подъем ракетной системы, до поперечной создающей поперечный управляющий момент, нижнюю кольцевую ступень снабжают газоопорным центральным телом (газоопорным осевым соплом), выполненным из жаропрочной тонкостенной оболочки на тканевой пленочной основе или металлической фольги, которая крепиться к периферийной части нижней кольцевой ступени, причем основание газоопорного центрального тела усиливают дополнительным жаропрочным покрытием, например аблирующим лаком или вольфрамовой (никилиевой) фольгой, на длину критической температуры факела двигателя, в нижней части центрального тела располагают дренажные клапаны для сброса давления из него при подъеме ракетной системы.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что облучатель снабжают теплообменником для нагрева рабочего тела или теплового агента, при этом нагретое рабочее тело, например водород, гелий, воздух или воду, нагревают теплообменником и используют для создания реактивной струи для ориентации и маневров в космосе, (например, до разгона как последняя ступень или торможения при сходе с орбиты, а также активной ориентации), а тепловой агент используют для энергетических нужд, например для работы электрогенератора, при этом капсулу полезного груза ориентируют рефлектором на солнце фокусируя его лучи на теплообменнике.