|
Стратегия решения проблемы техногенного воздействия на районы падения по трассам пусков РН
Перечисленные мероприятия могут временно ослабить проблему районов падения, но не позволяют решить ее кардинально. Для этого нужны принципиально новые технические решения. В рамках двухступенчатого носителя необходимым условием полного исключения районов падения (приземления) по трассе выведения, очевидно, является возврат первой ступени к месту старта.
Возвращаемая первая ступень может быть сконструирована как на ракетных, так и на авиационных принципах. В проектном плане возможны следующие три варианта:
1. возвращаемый ракетный блок вертикального старта, совершающий после отделения ракетодинамические маневры возврата и посадки;
2. крылатый возвращаемым ракетный корабль (ВРК) вертикального старта, совершающий после отделения аэродинамический маневр разворота и обратный полет в крейсерском режиме с использованием воздушно-реактивных двигателей (ВРД) или в планирующем;
3. возвращаемый самолет-разгонщик горизонтального старта, оснащенный маршевыми ВРД, совершающий возврат аналогично ВРК.
Очевидно, что сроки и затраты на создание новой машины будут тем выше, чем больше новых технических решений и технологий закладывается в ее проект. В этом смысле простая инженерная оценка, в частности, показывает, что варианты 1 и 3 практически не имеют реализованных аналогов, а следовательно, в их проекты должна быть заложена существенная доля новых технических решений и технологий, в частности в варианте 1 - система ракетодинамического маневрирования, точного наведения и посадки в условиях земной атмосферы; в варианте 3 - ВРД, рассчитанные на разгон до больших сверхзвуковых (гиперзвуковых) скоростей полета. В отличие от этого в варианте 2 аналогом возвращаемого ракетного корабля вполне можно считать орбитальный корабль (ОК) «Буран», который рассчитан на аварийный маневр возврата, сходный с номинальным режимом полета ВРК. Кроме того, на этапе создания ОК «Буран» отрабатывался вариант его возврата и посадки с использованием ВРД. Что касается экономичности при эксплуатации, то любой вариант РН с возвращаемой многоразовой первой ступенью обещает преимущества перед невозвращаемым, поскольку большая часть конструкции РН многократно используется при умеренной потере массы полезного груза от утяжеления первой ступени.
Двухступенчатый РН варианта 2 позволяет исключить падение отработавшей первой ступени, а вторая ступень, несущая полезный груз, выводится на орбиту. Казалось бы, проблема зон падения решена, но это не совсем так. Нужно разобраться, так ли «безобидно» выведение второй ступени на орбиту ИСЗ. С одной стороны, отработавшие верхние ступени РН вносят существенный «вклад» в проблему космического мусора, а с другой - они не всегда полностью «прекращают свое существование» при входе в плотные слои атмосферы: отдельные элементы конструкции не догорают в плазме аэродинамического нагрева и достигают земной поверхности в практически непрогнозируемых точках.
Есть временный и кардинальный способы решения проблемы второй степени РН. Временный способ уже реализован на транспортных системах «Спейс-Шаттл» и «Энергия»-«Буран». Траектории выведения этих носителей построены так, что подвесной топливный бак («Спейс-Шаттл») и ракетный блок («Энергия» - «Буран») вторых ступеней прекращают работу незадолго до выхода на орбиту ИСЗ и отделяются от орбитальных кораблей при таких кинематических параметрах движения, что в итоге при любых азимутах пуска падают в зоны, антиподные точкам старта, расположенные в акватории Мирового океана. Довыведение на рабочие орбиты обеспечивается бортовыми двигателями ОК. Если же ОК. не входит в состав носителя, как это возможно при выведении сверхтяжелых грузов с помощью РН «Энергия», то предусматривается использование специальных ракетных блоков довыведения или собственной двигательной установки выводимого космического аппарата.
Рассмотренный способ гарантирует фиксированные координаты и минимальное число зон падения вторых (последних) ступеней РН, равное всего лишь числу стартовых позиций, что исключает эти ступени из космического мусора и решает проблему непрогнозируемого падения элементов конструкции РН на Землю.
Полное же решение проблемы утилизации второй ступени можно обеспечить, как и для первой ступени, путем ее возврата с орбиты на Землю. Конструктивно такая ступень может выглядеть как орбитальный корабль системы «Спейс-Шаттл», хотя будет включать не только маршевую двигательную установку, но и баки с топливом второй ступени. Типичным примером двухступенчатого ракетного носителя без падающих элементов конструкции является проект МТКК «Шаттл-2». Наконец, возможно интегральное (идеальное) решение проблемы отделяющихся элементов конструкции путем создания одноступенчатого полностью возвращаемого носителя. Однако создание эффективного РН с возвращаемой второй (орбитальной) ступенью (и тем более одноступенчатого) многократно сложнее, чем создание РН, использующего только первую возвращаемую ступень. В основном это объясняется тем, что всякое утяжеление орбитальной ступени впрямую «съедает» полезный груз носителя, а факторов утяжеления возвращаемой орбитальной ступени по отношению к одноразовой более чем достаточно: нужно обеспечить выведение с орбиты, точную посадку, управляемое движение при спуске и посадке, тепловую защиту конструкции от аэродинамического нагрева, предусмотреть технические средства посадки и т.д. Все это приводит к возрастанию сухой массы возвращаемой ступени по сравнению с одноразовой ступенью не менее чем в 2...3 раза. С учетом увеличения объема заправки утяжеленной возвращаемой ступени по сравнению с одноразовой для достижения эквивалентных энергетических возможностей следует увеличить массу возвращаемой ступени и, соответственно, размерности всего носителя. Очевидно, что чем больше потребный относительный запас топлива (отношение массы рабочего топлива к стартовой массе ступени), тем труднее его реализовать в натурном изделии, особенно при использовании «тяжелой» возвращаемой конструкции. Отсюда ясна, в частности, причина того, что еще совсем недавно считалась практически нереализуемой концепция одноступенчатого выведения на орбиту ИСЗ, для осуществления которого, например, на ракетных двигателях требуемый относительный запас топлива очень велик (приблизительно 0,9), т.е. на всю конструкцию, теплозащиту, бортовые системы, оборудование и полезный груз может быть «выделено» лишь около 10% стартовой массы одноступенчатой РН. Технология 50-70-х годов XX в. (характеристики материалов, ЖРД, элементной базы бортового оборудования и т.д.) не позволяла реализовать такие соотношения масс. Из сказанного следует фундаментальный вывод о возможности создания эффективных, полностью возвращаемых носителей, не требующих выделения зон падения отделяющихся частей, только при существенном прогрессе в области перспективных технологий. В США реализован проект создания одноступенчатого национального аэрокосмического самолета. В проект заложены принципиально новая комбинированная многорежимная двигательная установка, включающая гиперзвуковой прямоточный контур со сверхзвуковым горением, новые конструкционные материалы (алюминиды титана, композиты с металлической матрицей и др.), активно охлаждаемые конструкции и другие «супертехнологии».
Другим решением проблемы, связанной с техногенным воздействием на окружающую среду на этапах стартового участка выведения КА на орбиту и проблемы сокращения районов падения отделяющихся частей РН по трассам пусков, являются плавучие космодромы. Такой космодром создан и успешно эксплуатируется. Плавучий космодром «Одиссей» состоит из гигантской полупогружной платформы (длиной 133 м, высотой 58 м и массой 65 тыс. т), судна управления Sea Launch Commander и судов обеспечения. Комплекс предназначен для коммерческого запуска спутников. Затраты на его строительство в 2 млрд долл. должны окупиться в течении трех лет с начала эксплуатации. Контрольные пакеты акций в международном консорциуме и собственно доходы распределены следующим образом: Boeing - 40%, «Энергия» -25%, Kvaerner - 20% и «Южмаш» - 15%. В качестве ракеты-носителя используются ракеты «Зенит-2» конструкции украинского НПО «Южное», при этом третью ступень «3eнит-3SL» разработало НПО «Энергия». В год планируется осуществлять 6 стартов, а в перспективе 8...10. Сам комплекс базируется у острова Вознесения, который расположен непосредственно в Тихом океане.
ЛИТЕРАТУРА
1. Костромин С.Ф., Шатров Я.Т.,КОСМОС И ЭКОЛОГИЯ. Сборник статей. ИБ № 11705
2. http://rudocs.exdat.com
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|