Современная ракетно-космическая техника. Транспортные системы

Stratolaunch (на этапе ЛКИ)

Авиационно-космическая система Stratolaunch

Stratolaunch – авиационно-космическая система, основу которой составляет двухфюзеляжный самолет Scaled Composites Model 351, имеющий также название Roc («Птица Рух»). «Птица Рух» впервые поднялся в воздух 13 апреля 2019 г. в американской пустыне Мохаве. По размаху крыла, достигающему 117 м, он является крупнейшим в мире – превосходя по этому показателю самый большой (по длине) и тяжелый из ныне летающих в мире самолетов – Ан-225 «Мрия», и равный с ним по расчетной массе полезной нагрузки (250 тонн).

Варианты полезных нагрузок системы

Вывоз из ангара

Roc взлетел с аэродрома Воздушно-космического порта Мохаве – гражданского аэрокосмического испытательного центра в Калифорнии, там же осуществлялась его сборка в специально построенном для этого огромном ангаре компании Stratolaunch Systems Corporation.

Максимальная взлетная масса аппарата – 590 т. Самолёт выполнен из композитных материалов по схеме высокоплана с узким прямым крылом большого удлинения с шестью двухконтурными турбореактивными двигателями под ним и двумя фюзеляжами, каждый из которых несет свое хвостовое оперение. Самолет-носитель предназначен для выполнения воздушного пуска космических ракет-носителей. В ее основе – ряд видимых достоинств: повышение энергетических

Вид на левый фюзеляж

возможностей, всеазимутальность пусков, а также отсутствие необходимости в громоздком стартовом комплексе, роль которого берет на себя летающая платформа (самолет или стратостат).

Элементами системы должны были стать огромный самолет-носитель грузоподъемностью 250 т и многоступенчатая орбитальная ракета. Схема полета предусматривает взлет с аэродрома, обладающего достаточно длинной взлетно-посадочной полосой, набор высоты около 10 км, полет в зону пуска и сброс ракеты, которая затем разгоняется собственными двигателями. Проектирование платформы воздушного запуска выполнила компания Scaled Composites, которой руководил Берт Рутан. На базе предыдущих разработок всемирно известный конструктор экспериментальных и рекордных аппаратов предложил двухфюзеляжный самолет со взлетной массой 590 т. Размах его крыла – 117 м – на 30 м больше, чем у самого тяжелого самолета в мире – советского Ан-225 – и на 37 м – чем у крупнейшего пассажирского авиалайнера Airbus А380. Длина фюзеляжей – 73 м. Для перемещения гиганта по аэродрому его оснастили шасси с 28 колесами. Самолёт оснащён шестью двигателями PW4056 фирмы Pratt & Whitney, снятых с двух авиалайнеров Boeing 747—400. От них же заимствованы шасси,

Заход на посадку

бортовое радиоэлектронное оборудование, приборные панели и пневмогидросистемы (для этого Stratolaunch Systems Corporation приобрела два списанных самолета – N196UA и N198UA).

Но если с самим самолетом-носителем дела обстоят более-менее понятно, то с ракетой-носителем для него «что-то пошло не так». В самом начале работ по Stratolaunch ракету подрядилась делать компания SpaceX, взяв за основу создававшийся ею Falcon 9. Модификацию «Фалькона» для проекта Аллена у Илона Маска назвали «Коротышкой» (Shorty): новое изделие планировалось получить изъятием из середины Falcon 9 нескольких цилиндрических секций и уменьшения числа двигателей первой ступени. Но в ноябре 2012 г. SpaceX вышла из проекта. В августе 2018 г. было объявлено, что Stratolaunch Systems создаст свой полностью многоразовый космоплан Black Ice («Черный лед»), две одноразовые ракеты воздушного старта MLV и MLV Heavy, а также пару гиперзвуковых космопланов Hyper-А и Hyper-Z. Начались работы и над собственным криогенным двигателем.

Космоплан Black Ice

По космоплану все ограничилось только изучением концепции. Создать и запустить легкую ракету-носитель MLV намеревались к 2022 г. Стартовав с борта самолета, она должна была доставлять на орбиту высотой 400 км спутник массой до 3,4 т. Более тяжелый вариант MLV Heavy с двумя боковыми ускорителями мог бы выводить на ту же орбиту полезную нагрузку уже в 6 т.

Что касается гиперзвуковых ЛА, то вначале предполагалось разработать сравнительно небольшой беспилотный Hyper-А, который по расчетам должен был в шесть раз превзойти скорость звука. Дальнейшим развитием этой темы виделся довольно крупный «10-маховый» Hyper-Z. Оба рассматривались как летные стенды для отработки технологий гиперзвукового полета и попутного запуска в космос небольших экспериментальных полезных нагрузок в интересах научного сообщества, занимающегося проблематикой высокоскоростных полетов.

Ракета-носитель MLV Heavy

Сообщалось, что оба аппарата смогут взлетать и садиться на аэродромах, а также стартовать с «Птицы Рух». Начать летные испытания Hyper-А предполагалось в 2020-м, a Hyper-Z – в 2025-м.

Многоразовая авиационно-космическая система КНР (проект)

Многоразовая авиационно-космическая система

На Глобальной конференции по освоению космоса в Пекине председатель Научно-технического комитета CALT Лу Юй говорил, что Китай осуществляет трехэтапную программу создания многоразовых систем.

На первом этапе будет достигнуто спасение первой ступени с одноразовой второй ступенью, на втором этапе должны спасаться обе ступени, а целью третьего этапа является создание одноступенчатой аэрокосмической системы с комбинированной двигательной установкой, работающей в режиме прямоточного ВРД на атмосферном участке и ЖРД на внеатмосферном. Таким образом, вопреки буквальному прочтению документа, в ближайшем будущем планируется начать испытания многоразовой системы первого этапа – китайской версии XS-1 с возвращаемой первой и одноразовой второй ступенью,

Многоразовый ракетоплан на орбите

Многоразовая авиационно-космическая система перед взлётом

после чего до 2030 г. будет продолжаться разработка крылатой возвращаемой второй ступени. Что же касается третьего этапа, то стоит отметить: технология комбинированной ДУ сложна и потребует для своей отработки порядка 15 лет. Этим и определяется срок ее готовности в плане – 2035 год. Более подробная информация о китайских работах в области многоразовых космических систем на сегодняшний день отсутствует.

Skylon (проект)

Воздушно-космический самолёт Skylon на орбите

Skylon – одноступенчатая авиационно-космическая система. Skylon должен взлетать с обычной взлетно-посадочной полосы (ВПП) и после набора высоты 25 км разгоняться до скорости, соответствующей числу М=5; в это время ДУ SABRE ожижает кислород из воздуха. Разогнавшись затем в стратосфере до М=25 и достигнув динамического потолка, Skylon переходит в суборбитальный полет. В апогее траектории двигатели ВКС запускаются повторно – уже в режиме ракетных. Садиться Skylon тоже будет по-самолетному.

Концепция SABRE подразумевает создание силовой установки, имеющей возможность работать и как турбореактивный двигатель – на малых скоростях полета, и как ракетный – на высоких скоростях и больших высотах. Тяга создается за счет сжигания кислородно-водородной топливной смеси. Во время полета на малой высоте кислород будет забираться двигателем напрямую из воздуха, охлаждаясь в сложной системе многоконтурных теплообменников, работающих на жидком водороде и сжатом гелии, и ожижаться с помощью турбодетандеров. Затем, когда на большой высоте и скорости эффективность воздушно-реактивного двигателя падает, установка начинает работать в режиме жидкостной ракеты, потребляя компоненты (жидкий водород и накопленный жидкий кислород) из внутренних баков ВКС. Такой подход, по замыслу разработчиков, позволит экономить на массе средства выведения, а сам двигатель будет способен доставить аппарат прямиком на орбиту без использования многочисленных ступеней, обычных для традиционных одноразовых РН.

Общий вид

Таким образом, благодаря уникальным возможностям двигателя SABRE британский космоплан не только сможет выходить в космос без применения разгонных ступеней, внешних ускорителей или сбрасываемых топливных баков, но и осуществлять весь полет, используя один и тот же двигатель (точнее, два) на всех этапах, начиная с рулежки по аэродрому и заканчивая орбитальным участком.

Взлёт ВКС Skylon (сверху), Компоновка двигателя SABRE (снизу)

Это, как рассчитывают авторы проекта, резко снизит стоимость вывода грузов в околоземное пространство. К тому же у ВКС намного больше возможностей по выходу на разные орбиты – ведь он не привязан к космодрому. Первоначально Skylon будет беспилотным грузовым транспортом для запуска спутников и доставки грузов на космические станции, а в будущем сможет применяться и для перевозки пассажиров. В этом случае с его помощью можно будет организовать надежное сообщение с орбитой,