г. Альметьевск, Республика Татарстан , научная работа,

I место в номинации «Транспорт и инфраструктура»

ВВЕДЕНИЕ

В космической отрасли возникла конкуренция на оказание услуг по запуску космических аппаратов. Участники этого рынка соревнуются в повышении надежности и снижении стоимости по доставке полезных грузов в космос. Последнее что достигнуто в области снижения себестоимости доставки – это многоразовое использование первой ступени ракеты-носителя (РН), что позволяет несколько снизить затраты на использование РН. Самым эффективным средством доставки космических аппаратов является космический лифт. Но в том виде, как его представляют писатели-фантасты реализовать его не возможно. Научные разработки в этом направлении ведутся, но реальных результатов пока нет. Идея Э. Циолковского построить башню высотой до 100 км. т. е. до космоса не реальна. Для реализации идеи писателя фантаста Артура Кларка (трос из космоса до земли)  требуется уникальный материал, который бы выдержал сам себя и лифт с полезным грузом. Поскольку на сегодняшний день космический лифт построить не возможно, можно предложить технические решения безракетного запуска космических аппаратов в космос. Существует идея осуществления старта ракеты с дирижабля на высоте 50 км.(1) Старт ракеты на такой высоте решает ряд проблем, в том числе и экологические. Недостаток этой идеи заключается в том, что на этой высоте ракета имеет нулевую скорость, а она должна быть около 1000м/с. Способ запуска космических ракет может быть основан на взрыве, т.е. использовании взрывчатого вещества, газы которого придают ускорение РН (2). Но космический лифт может быть и не таким протяженным, он может быть и короче, то есть примерно около 50 км. Пятьдесят километров, это высота, на которой обычно происходит отделение первой ступени ракеты-носителя.

                                ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Предлагаемая конструкция Устройства для запуска космических ракет (УЗКР) заменяет первую ступень многоступенчатой РН, имитируя его работу, то есть в точке разделения РН и УЗКР (на высоте примерно 50 км.) РН достигает необходимую скорость, за конкретное время с определенным ускорением (по циклограмме полета) (3). Устройство для запуска космических ракет состоит из направляющей башни с размещенным внутри лифтовым контейнером, содержащего рули и стабилизаторы, а также систему управления движением и парашют. В лифтовом контейнере размещается РН. К лифтовому контейнеру герметично соединен рукав, выполненный из гибкого газонепроницаемого материала и насаженный в виде гармошки на цилиндр, который посредством трубопроводов соединен с газогенерирующими станциями. В нижней своей части рукав связан с механизмом торможения и механизмом укладки, предназначенный для возврата рукава в исходное положение. Лифтовый контейнер расположен на уровне поверхности земли, а рукав размещен в шахте, РН размещена в лифтовом контейнере. Старт осуществляется запуском одной из газогенерирующих станций. Под действием давления газа «гармошка» постепенно превращается в цилиндр, поднимая с ускорением лифтовый контейнер. В процессе подъема, лифтовый контейнер, стягивает гофры рукава с цилиндра. Лифтовый контейнер, двигаясь с ускорением, достигает необходимой скорости и высоты, при этом рукав вытягивается полностью и лифтовый контейнер останавливается благодаря механизму торможения, а РН по инерции летит дальше, одновременно запуская маршевые двигатели. После отрыва РН от лифтового контейнера прекращается подача газа в рукав, а в лифтовом контейнере открывается клапан для сброса давления и выбрасывается спускаемый парашют, одновременно с этим включается механизм укладки. После возвращения всех систем в исходное состояние, устройство готово к запуску следующей РН. Предлагается принципиально новое средство доставки космических аппаратов в космос. Благодаря возможности многоразового применения устройства, стоимость запуска космических аппаратов будет значительно ниже существующих способов. Отпадает необходимость в первой ступени РН, что позволит до 70% снизить стоимость РН. Сокращается время подготовки к следующему старту. Значительно повышается безопасность при старте РН и т.д. и т.п.  Космическая отрасль получит новую технологию осуществления запуска космических аппаратов с себестоимостью значительно ниже существующих способов. Применение технологии КЛ в области космического туризма может вывести космическую отрасль в разряд рентабельных и самоокупаемых. Предложенное техническое решение может поспособствовать решению других сложных задач, например, запуск сверхтяжелых РН, вес которых будет облегчен за счет отсутствия первой ступени. При том же весе РН, полезный груз может быть увеличен примерно на 30%. Так как работа УЗКР основана на действии давления газа, то кпд такой установки будет не меньше 30% т.е. в 10 раз выше кпд ракеты. УЗКР может использоваться как безракетное средство доставки космических туристов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Объектом исследования в данной работе является ситуация, сложившаяся на рынке оказания космических услуг. Перед космонавтикой стоит задача осуществлять доставку  в космос больше полезного груза и дешевле. Целью исследования является разработка устройства обеспечивающего существенное снижения стоимости ракеты-носителя путем исключения из схемы ракеты первой ступени. Устройство для запуска космических ракет должно обеспечить доставку космического аппарата без первой ступени на высоту 50 и более км.  Предложенное устройство для запуска космических ракет может осуществлять безракетным способом доставку капсулы с космическими туристами в космос, при выполнении суборбитального полета. Данное устройство позволит существенно снизить стоимость доставки полезного груза в космос.

Библиографический список:

1. Система запуска космических ракет «Гермес», http://www.pandia.ru
2. Способ запуска космических аппаратов и устройства для его осуществления, пат. РФ №2680435, опл. 04092018 г.
3. Устройство для запуска космических ракет, заявка на изобретение №20161337561 от 20.09.2016 г.