Способ доставки грузов в космос и система для его осуществления

Патент 2085448

Авторы

Маркс К.И.

Классы МПК

B64G1/14 - космические транспортные корабли многократного применения

Способ доставки грузов в космос и система для его осуществления

Реферат

Использование: в области ракетостроения и космонавтики, применительно к способам и космическим транспортным системам доставки грузов на земную орбиту и в дальний космос. Сущность изобретения: осуществляют одновременный старт и совместный полет космического аппарата вертикального взлета (КАВВ) с жидкостно-реактивным двигателем и заправщика с вертикальным взлетом (ЗВВ); в ходе совместного и параллельного полета передают топливо из ЗВВ в КАВВ при помощи гибкого средства передачи топлива (ГСПТ), которым соединяют КАВВ и ЗВВ еще на стартовой позиции, до взлета. Начало передачи топлива из ЗВВ по ГСПТ в двигательную установку КАВВ предусматривается сразу же после взлета системы. 9 с и 4 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к ракетостроению и космонавтике, а более точно к способам и космическим транспортным системам доставки грузов на земную орбиту и в дальний космос, особенно тяжелых грузов.

Известные способы доставки грузов в космос предусматривают использование одноступенчатых ракет, многоступенчатых ракет с последовательным расположением ступеней, многоступенчатых ракет с параллельным расположением ступеней, жестко связанных между собой тем или иным образом.

В некоторых случаях предусматривается возвращение части или всех ступеней на Землю с приземлением их с помощью парашютов или с посадкой на аэро- или космодромы. Посадка может осуществляться горизонтально при помощи несущих плоскостей или вертикально с помощью ракетных двигателей.

Известны также воздушно-космические системы, предусматривающие вертикальный старт воздушно-космических аппаратов.

Известны многоразовые воздушно-космические аппараты (МВКА) типа "Спейс Шатлл" и "Энергия-Буран", которые содержат ракету-носитель (РН) и воздушно-космический самолет (ВКС).

Многоразовые воздушно-космические аппараты с вертикальным стартом имеют следующие недостатки: невозвращение некоторых частей МВКА на Землю, что не позволяет их повторно использовать и удорожает эксплуатацию многоразовых систем; необходимость отчуждения больших площадей земной поверхности для обеспечения безопасного падения невозвращаемых частей МВКА (например, первых ступеней), что особенно важно для России, где запуски происходят в континентальной части страны, а не с выступающего в океан мыса; большие размеры и вес МВКА на старте, что обуславливает создание целой инфраструктуры космодрома и специальных расположенных рядом с космодромом предприятий для сборки МВКА и их транспортировки на стартовую площадку; существенный экономический и временной риск, связанный с возможным разрушением при авариях дорогостоящих и трудновосстанавливаемых стартовых площадок.

В ходе развития космонавтики были высказаны альтернативные предложения, которые намечают пути дальнейшего развития способов и систем доставки грузов в космос.

К. Э. Циолковский пришел к выводу, что, используя только идею составных (многоступенчатых) ракет, нельзя обеспечить выполнение задач по выводу ракетных аппаратов в дальний космос. Он показал, что для этого необходимо изменить подход к созданию ракетных систем, а именно запускать с земной поверхности группу ракет, которые после использования каждой ракетной половины первоначального запаса топлива должны каким-то образом попарно соединиться между собой, и одна ракета из каждой пары должна быстро передать свое оставшееся топливо соседней, пополнив ее запас топлива до первоначального количества, а затем отсоединиться от нее. Далее в космос продолжает двигаться только половина первоначального числа ракет, но эти ракеты полностью заполнены топливом. Через некоторое время цикл повторится. В конце этого процесса остается одна полностью заполненная топливом ракета. Недостатком этой идеи является необходимость в очень короткое время перекачивать большое количество топлива, что требует установки мощных и тяжелых средств перекачки топлива.

К.Э. Циолковский так формулирует свою идею: "Но мы сейчас укажем на иные приемы получения гораздо больших скоростей ракеты. Они состоят в том, чтобы отправляться в путь нескольким одинаковым и скромным (по скоростям) ракетам. Они, кроме последней, расходуют только половину взятого запаса взрывчатых веществ, а остальной половиной снабжают друг друга. Только последняя ракета приобретает наибольшую скорость. Остальные, освободившиеся от запаса снаряды планированием опускаются на Землю" (К.Э. Циолковский. Основы построения газовых машин, гл. X Наибольшая скорость ракеты, в книге: Циолковский К.Э. Труды по космонавтике. Исследование мировых пространстве реактивными приборами под редакцией М.К. Тихонравова, М. Машиностроение, 1967, стр. 363.) Я.И. Перельман дополнил идею К.Э. Циолковского, предложив 512 ракет конструктивно соединить в один агрегат и переливать топливо из одной ракеты в другую после израсходования его половины (Перельман Я.И. К. Э. Циолковский. М. ОНТИ. Главная редакция научно-популярной и юношеской литературы, 1937, стр. 148-1530.

М. К. Тихонравов в докладе Академии Артиллерийских наук в 1948 г. Яцунский И. М. О деятельности М.К. Тихонравова в период с 1947 по 1953 гг. по обоснованию возможности создания составных ракет. В сб. Из истории авиации и космонавтики, Акамедия Наук СССР. Советское национальное объединение историков естествознания и техники. Вып. 42, М. 1980, с. 31-38. Беляков А. Кто задумал первый искусственный спутник Земли. Журнал Изобретатель и рационализатор, М. 1990, N 11, с. 32-39) предложил усовершенствованный вариант объединения ракет "пакет ракет" с одновременной работой двигателей всех ступеней, начиная со старта. Двигатели всех ракет выкачивают топливо из какой-то одной ракеты и только после того, как она будет опустошена, ее отбрасывают и начинают выкачивать топливо из следующей ракеты и так далее до одной ракеты. Разные транспортные системы можно компоновать с помощью однотипных ракет, набираемых в нужном количестве в пакет. У М.К. Тихонравова речь идет о жестко соединенных между собой ракетах и не был проработан вопрос о конструктивных формах объединения ракет.

Однако "пакет ракет" М.К. Тихонравова имеет ряд недостатков. Такой пакет может обладать значительной громоздкостью на стартовой площадке, что предъявляет повышенные требования к стартовым сооружениям.

Сходные идеи об объединении нескольких ракет в пакет получили развитие в ряде патентов: патент США N 3369771, НКИ 244-162, от 20.02.1968, G. D. Walley, "Космические аппараты"; патент США N 4834324, МКИ B 64 G 1/14, НКИ 244-160, от 30.0.1989, D. R. Criswell "Космическая транспортная система, образующая много конфигураций, пригодная для повторного использования"; патент США N 5141181, МКИ B 64 G 1/40, НКИ 244-172, от 25.08.1991, B. P. Leonard "Космический летательный аппарат с трубопроводами для передачи горючего между ступенями".

Во всех перечисленных патентах описаны объединения ракет, в которых производится передача топлива от одной ракеты к другой, причем ракеты жестко соединены между собой до старта.

В докладе "Дозаправка в космосе и проблема многоступенчатости" на Четвертом астронавтическом конгрессе в Цюрихе в 1953 г. Г.А. Крокко предложил свои способы доставки грузов в космос (G. A. Crocco. Le ravitallement dans et le probleme des polistades. The Fourth Astronautical Congress "Space-Flight Problems" Published by the Swiss Astronautical and Aeronautical Federation, pp. 152-160). Один из предложенных Г.А. Крокко способов предусматривает запуск отдельных, не связанных между собой в жесткую конструкцию, ракет двух типов ракеты (по терминологии, принятой в данной заявке космического аппарата вертикального взлета, КАВВ) с полезной нагрузкой и одной или нескольких ракет, несущих баки с топливом (по терминологии, принятой в данной заявке заправщика с вертикальным взлетом, ЗВВ). На заданной высоте КАВВ с полезной нагрузкой некоторое время летит параллельно рядом с ЗВВ, несущим запас топлива, причем осуществляется свободный выброс топлива (направленной струей), из баков ЗВВ в отверстие в КАВВ и, таким образом, восполняется имевшийся к этому моменту расход топлива в КАВВ (двигатели КАВВ и ЗВВ во время передачи топлива выключены). Как и у Циолковского, у Крокко отдельные ракеты во время старта не объединены жестко в единую конструкцию, они летят свободно, отдельно друг от друга. Это позволяет значительно упростить все устройства на стартовой площадке, уменьшает общий вес ракет (по сравнению с жестко связанной конструкцией из нескольких ракет), так как позволяет избежать проблем с прочностью соединения отдельных ракет в единый летательный аппарат.

Но недостатком системы, предложенной Крокко, является необходимость выполнения поиска, сближения и выравнивания КАВВ и зВВ на активном участке траектории, что потребует значительного времени.

Другим недостатком такой системы является выключение двигателей на время перекачки, что связано с потерей части уже набранной скорости под действием силы притяжения Земли. При перекачке топлива свободной направленной струей выключение двигателей на время перекачки принципиально необходимо во избежание взрыва.

Совместное действие этих факторов существенно уменьшает время, отводимое на перекачку топлива. Необходимость сокращения этого времени заставляет производить перекачку топлива с большим объемом перекачиваемого топлива в единицу времени. Это требует применения мощных и тяжелых насосов для перекачки топлива.

Кроме того, само предложение о перебросе без специальных трубопроводов топлива из одной ракеты в другую представляется нереализуемым на практике. Оно приведет к потере значительной части топлива, что недопустимо как с экономической, так и экологической точек зрения. Например, при использовании жидкого водорода и кислорода будет происходить их испарение на всей длине струи.

По-видимому, нельзя реализовать в рассматриваемой системе одновременную дозаправку двумя компонентами топлива, потому что она приводит к неизбежному контакту двух компонентов топлива, что создает обстановку, чреватую взрывом.

Способ доставки грузов в космос и система для его осуществления, предложенные Крокко, являются ближайшим аналогом (прототипом) предлагаемого изобретения.

В предлагаемом изобретении поставлены и решены следующие технические задачи: обеспечение начала перекачки топлива практически сразу же после отрыва КАВВ от Земли за счет стыковки баков КАВВ и ЗВВ на Земле и исключения подготовительных операций для перекачки в ходе полета, исключение этапов поиска и сближения КАВВ и ЗВВ, приводящих к уменьшению времени, отводимого на перекачку топлива.

уменьшение мощности и веса устройства для перекачки топлива за счет большего времени, отводимого на перекачку, и соответственно увеличение веса груза, выводимого в космос, уменьшение расхода топлива в системе за счет исключения "холостого" полета ЗВВ до его соединения с КАВВ для перекачки топлива и, следовательно, уменьшения высоты подъема ЗВВ, обеспечение большей безопасности при перекачке, особенно двухкомпонентного топлива, и соблюдение более строгих допусков на загрязнение окружающей среды во время перекачки. Предложенное изобретение практически исключает потерю части топлива и выброс его в окружающее пространство при перекачке.

Основная идея предлагаемого изобретения заключается в создании способа и системы доставки грузов в космос, использующих гибко связанную со взлета группу совместно летящих ракет, обменивающихся в полете топливом.

Существенные признаки способа доставки груза в космос заключаются в том, что размещают необходимое для доставки груза в космос топливо в баках космического аппарата вертикального взлета и по крайней мере одного заправщика с вертикальным взлетом, обеспечивают на части траектории космического аппарата вертикального взлета совместный синхронный параллельный полет космического аппарата вертикального взлета и по крайней мере одного заправщика с вертикальным взлетом, передают в процессе совместного полета космического аппарата вертикального взлета и по крайней мере одного заправщика с вертикальным взлетом топливо из по крайней мере одного заправщика с вертикальным взлетом в космический аппарат вертикального взлета (далее следуют отличительные признаки), перед взлетом космического аппарата вертикального взлета и по крайней мере одного заправщика с вертикальным взлетом соединяют космический аппарат вертикального взлета и по крайней мере один заправщик с вертикальным взлетом с помощью по крайней мере одного гибкого средства передачи топлива, осуществляют совместный взлет космического аппарата вертикального взлета и по крайней мере одного заправщика с вертикальным взлетом с подсоединенным между ними по крайней мере одним гибким средством передачи топлива, осуществляют указанный совместный синхронный параллельный полет космического аппарата вертикального взлета и по крайней мере одного заправщика с вертикальным взлетом с подсоединенным между ними по крайней мере одним гибким средством передачи топлива.

Этот вариант предусматривает использование одного КАВВ и одного ЗВВ и позволяет решить все перечисленные технические задачи.

В другом варианте способа доставки грузов в космос непрерывно измеряют количество топлива, расходуемого в полете в космическом аппарате вертикального взлета в единицу времени, данные указанных измерений передают из космического аппарата вертикального взлета в систему управления заправщика с вертикальным взлетом и подают непрерывно из заправщика с вертикальным взлетом в космический аппарат вертикального взлета количество топлива в единицу времени, равное количеству топлива, расходуемому в единицу времени в космическом аппарате вертикального взлета в ходе полета.

В этом варианте предусматривается работа с переменной тягой маршевого двигателя КАВВ, если возникает такая необходимость.

В другом варианте способа доставки грузов в космос размещают необходимое для доставки груза в космос топливо в баках космического аппарата вертикального взлета и двух, первого и второго, заправщиков с вертикальным взлетом, обеспечивают на части траектории космического аппарата вертикального взлета совместный синхронный параллельный полет космического аппарата вертикального взлета и двух заправщиков с вертикальным взлетом, передают в процессе совместного полета космического аппарата вертикального взлета и двух заправщиков с вертикальным взлетом топливо из первого заправщика с вертикальным взлетом в космический аппарат вертикального взлета, а из второго заправщика с вертикальным взлетом в первый заправщик с вертикальным взлетом, (далее следуют отличительные признаки), перед взлетом космического аппарата вертикального взлета и двух заправщиков с вертикальным взлетом соединяют космический аппарат вертикального взлета и с первым заправщиком с вертикальным взлетом с помощью первого гибкого средства передачи топлива, а первый заправщик с вертикальным взлетом со вторым заправщиком с вертикальным взлетом с помощью второго гибкого средства передачи топлива, осуществляют совместный взлет космического аппарата вертикального взлета и двух заправщиков с вертикальным взлетом с подсоединенными между ними двумя гибкими средствами передачи топлива, после чего осуществляют указанный совместный групповой параллельный полет космического аппарата вертикального взлета и двух заправщиков с вертикальным взлетом с подсоединенными между ними двумя гибкими средствами передачи топлива.

В этом варианте предусматривается использование двух заправщиков, что позволяет: при тех же размерах заправщиков, что и в случае с одним заправщиком, увеличить высоту подъема и скорость КАВВ, имеющего полные баки с топливом для дальнейшего полета; или уменьшить размеры заправщиков по сравнению с способом с одним заправщиком при обеспечении той же высоты подъема КАВВ с полными баками, как и в сравниваемом способе.

В другом варианте способа доставки грузов в космос размещают необходимое для доставки груза в космос топливо в баках космического аппарата вертикального взлета и заправщика с вертикальным взлетом, обеспечивают на части траектории космического аппарата вертикального взлета совместный синхронный параллельный полет космического аппарата вертикального взлета и заправщика с вертикальным взлетом, передают в процессе совместного полета космического аппарата вертикального взлета и заправщика с вертикальным взлетом топливо из заправщика с вертикальным взлетом в космический аппарат вертикального взлета (далее следуют отличительные признаки), перед взлетом космического аппарата вертикального взлета и заправщика с вертикальным взлетом соединяют космический аппарат вертикального взлета и заправщик с вертикальным взлетом с помощью соединительного троса, перед взлетом размещают гибкое средство передачи топлива в заправщике с вертикальным взлетом, осуществляют совместный взлет космического аппарата вертикального взлета и заправщика с вертикальным взлетом с подсоединенным между ними соединительным тросом, втягивают в космический аппарат вертикального взлета соединительный трос с подсоединенным к нему гибким средством передачи топлива так, чтобы один конец гибкого средства передачи топлива остался соединенным с заправщиком с вертикальным взлетом, а другой конец гибкого средства передачи топлива оказался соединенным с космическим аппаратом вертикального взлета, осуществляют указанный совместный синхронный параллельный полет космического аппарата вертикального взлета и заправщика с вертикальным взлетом, причем передачу топлива осуществляют через гибкое средство передачи топлива в процессе полета.

В этом варианте предусматривается использование для соединительного троса для соединения КАВВ и ЗВВ перед взлетом. К соединительному тросу прикреплено ГСПТ, что позволяет осуществлять взлет с ГСПТ, укрытым в корпусе ЗВВ, после чего быстро осуществить соединение КАВВ и ЗВВ с помощью ГСПТ.

В другом варианте способа доставки грузов в космос размещают необходимое для доставки груза в космос топливо в баках космического аппарата вертикального взлета и заправщика с вертикальным взлетом, обеспечивают на части траектории космического аппарата вертикального взлета совместный полет космического аппарата вертикального взлета и заправщика с вертикальным взлетом, передают в процессе совместного полета космического аппарата вертикального взлета и заправщика с вертикальным взлетом топливо из заправщика с вертикальным взлетом в космический аппарат вертикального взлета, (далее следуют отличительные признаки), перед взлетом космического аппарата вертикального взлета и заправщика с вертикальным взлетом соединяют космический аппарат вертикального взлета и заправщик с вертикальным взлетом с помощью соединительного троса, размещают ГСПТ в КАВВ, осуществляют параллельный одновременный взлет космического аппарата вертикального взлета и заправщика с вертикальным взлетом с подсоединенным между ними соединительным тросом, втягивают в ЗВВ соединительный трос с подсоединенным к нему гибким средством передачи топлива так, чтобы один конец ГСПТ остался соединенным с КАВВ, а другой конец ГСПТ оказался соединенным с ЗВВ, осуществляют указанный совместный полет космического аппарата вертикального взлета и заправщика с вертикальным взлетом, причем передачу топлива осуществляют через ГСПТ в процессе полета.

В этом варианте предусматривается использование соединительного троса, к которому прикреплено ГСПТ, что позволяет осуществлять взлет с ГСПТ, укрытым в корпусе КАВВ, после чего быстро осуществить соединение КАВВ и ЗВВ с помощью ГСПТ.

Далее описываются существенные признаки системы для осуществления способа доставки грузов в космос.

В первом варианте система доставки грузов в космос содержит: космический аппарат вертикального взлета с маршевым жидкостно-реактивным двигателем, топливными баками и грузом, и заправщик с вертикальным взлетом с маршевым двигателем, по крайней мере одним топливным баком для топлива космического аппарата вертикального взлета и устройством передачи топлива (УПТ) между заправщиком с вертикальным взлетом и космическим аппаратом вертикального взлета (далее следуют отличительные признаки), по крайней мере одно гибкое средство передачи топлива, которое включено между топливными баками космического аппарата вертикального взлета и заправщика с вертикальным взлетом, причем указанное средство подсоединено до взлета, во время взлета и во время совместного синхронного параллельного полета с возможностью отсоединения в полете.

В этом варианте системы предусматривается использование двух заправщиков, что позволяет: при тех же размерах заправщиков, что и в случае с одним заправщиком, увеличить высоту подъема и скорость КАВВ, имеющего полные баки с топливом для дальнейшего полета; или уменьшить размеры заправщиков по сравнению с способом с одним заправщиком при обеспечении той же высоты подъема КАВВ с полными баками, как и в сравниваемом способе; увеличить скорость передачи топлива за счет применения двух УПТ и двух ГСПТ.

В другом варианте система доставки грузов в космос содержит: космический аппарат вертикального взлета с маршевым жидкостно-реактивным двигателем, топливными баками и грузом, первый заправщик с вертикальным взлетом с маршевым двигателем, по крайней мере одним топливным баком для топлива космического аппарата вертикального взлета и устройством передачи топлива между первым заправщиком с вертикальным взлетом и космическим аппаратом вертикального взлета, второй заправщик с вертикальным взлетом с маршевым двигателем, по крайней мере одним топливным баком для топлива космического аппарата вертикального взлета и первого заправщика с вертикальным взлетом и устройством передачи топлива между вторым и первым заправщиками с вертикальным взлетом (далее следуют отличительные признаки) первое и второе гибкие средства передачи топлива, причем первое гибкое средство передачи топлива включено между топливными баками космического аппарата вертикального взлета и первого заправщика с вертикальным взлетом, второе гибкое средство передачи топлива включено между топливными баками первого и второго заправщиков с вертикальным взлетом, и указанные гибкие средства передачи топлива подсоединены до взлета, во время взлета и во время совместного синхронного параллельного полета с возможностью отсоединения в полете.

В этом варианте системы предусматривается использование двух заправщиков, что позволяет: при тех же размерах заправщиков, что и в случае с одним заправщиком, увеличить высоту подъема и скорость КАВВ, имеющего полные баки с топливом для дальнейшего полета; или уменьшить размеры заправщиков по сравнению с способом с одним заправщиком при обеспечении той же высоты подъема КАВВ с полными баками, как и в сравниваемом способе; получить выигрыш в энергетике полета за счет отключения второго заправщика на меньшей высоте подъема.

В другом варианте система доставки грузов в космос содержит: космический аппарат вертикального взлета с грузом, стартовый комплекс со стартовым столом для космического аппарата вертикального взлета, заправщик с вертикальным взлетом с топливным баком для топлива космического аппарата вертикального взлета, стартовый комплекс со стартовым столом для заправщика с вертикальным взлетом (далее следуют отличительные признаки), по крайней мере одно гибкое средство передачи топлива и средство разделения стартовых комплексов для обеспечения безопасности при авариях, причем заправщик с вертикальным взлетом и космический аппарат вертикального взлета с помощью указанного гибкого средства передачи топлива соединены между собой до взлета, во время и во время совместного синхронного параллельного полета, средство разделения стартовых комплексов расположено между стартовым столом космического аппарата вертикального взлета и стартовым столом заправщика с вертикальным взлетом, причем в указанном средстве разделения имеется паз, проходящий от верхнего основания средства разделения по направлению к Земле до уровня прохождения указанного гибкого средства и имеющий ширину не меньше максимального поперечного размера указанного гибкого средства передачи топлива, которое перед взлетом и во время взлета расположено в указанном пазу.

В этом варианте системы предусматривается сохранение частей системы в аварийной ситуации.

В другом варианте система доставки грузов в космос содержит: средство для закрепления указанного паза до взлета и открывания его непосредственно перед взлетом.

В этом варианте системы предусматривается усовершенствование предыдущего варианта за счет увеличения степени изоляции комплексов до взлета.

В другом варианте система доставки грузов в космос содержит: космический аппарат вертикального взлета с маршевым жидкостно-реактивным двигателем, топливными баками и грузом, и заправщик с вертикальным взлетом с маршевым двигателем, по крайней мере одним топливным баком для топлива космического аппарата вертикального взлета и устройством передачи топлива между заправщиком с вертикальным взлетом и космическим аппаратом вертикального взлета (далее следуют отличительные признаки), гибкое средство передачи топлива, соединительный трос, устройство приема соединительного троса, устройство хранения гибкого средства передачи топлива и соединительного троса, причем соединительный трос включен между космическим аппаратом вертикального взлета и заправщиком с вертикальным взлетом до взлета, во время взлета и полета и подсоединен к устройству приема соединительного троса и к устройству хранения гибкого средства передачи топлива и соединительного троса, а гибкое средство передачи топлива подсоединено к соединительному тросу с возможностью перемещения гибкого средства передачи топлива между космическим аппаратом вертикального взлета и заправщиком с вертикальным взлетом вместе с соединительным тросом.

В этом варианте системы предусматривается быстрое соединение КАВВ и ЗВВ с помощью ГСПТ непосредственно после взлета.

В другом варианте системы доставки грузов в космос устройство хранения гибкого средства передачи топлива и соединительного троса расположено в заправщике с вертикальным взлетом, а устройство приема соединительного троса расположено в космическом аппарате вертикального взлета.

В этом варианте системы также предусматривается быстрое соединение КАВВ и ЗВВ с помощью ГСПТ непосредственно после взлета, причем гибкое средство передачи топлива и соединительный трос хранятся до полета в ЗВВ.

В другом варианте системы доставки грузов в космос устройство хранения гибкого средства передачи топлива и соединительного троса расположено в космическом аппарате вертикального взлета, а устройство приема соединительного троса расположено в заправщике с вертикальным взлетом.

На фиг. 1 и 2 изобретена система доставки грузов в космос (на двух листах); на фиг. 3 система доставки грузов в космос на старте, в полете и после отсоединения ГСПТ; на фиг. 4 сечение сопел маршевого двигателя ЗВВ, перпендикулярное его продольной оси; на фиг. 5 циклограмма работы маршевого двигателя ЗВВ, состоящего из нескольких составляющих двигателей; на фиг. 6-8 система доставки грузов в космос, состоящая из КАВВ и двух ЗВВ, подсоединенных к КАВВ (на трех листах); на фиг. 9-11 система доставки грузов в космос, состоящая из КАВВ и двух ЗВВ, соединенных последовательно (на трех листах); на фиг. 12 система доставки грузов в космос со стартовыми комплексами КАВВ и ЗВВ (средство разделения стартовых комплексов показано в разрезе); на фиг. 13 система доставки грузов в космос (вид сверху на КАВВ и ЗВВ, находящиеся на старте); на фиг. 14 средство разделения стартовых комплексов (вид сбоку, показано сечение ГСПТ); на фиг. 15 средство разделения стартовых комплексов со средством для закрывания паза в средстве разделения стартовых комплексов (вид сбоку, показано сечение ГСПТ); на фиг. 10 фрагмент системы доставки грузов в космос с использованием соединительного троса.

На фигурах приняты следующие обозначения: 1 КАВВ; 2 маршевый ЖРД КАВВ; 3 баки КАВВ для первого компонента топлива; 4 бак КАВВ для второго компонента топлива; 5 груз; 6 топливно -насосный агрегат КАВВ; 7 - трубопроводы для подачи топлива к маршевому двигателю КАВВ; 8 ЗВВ; 9 - маршевый двигатель (МД) ЗВВ; 10 бак ЗВВ для первого компонента топлива; 11 - бак ЗВВ для второго компонента топлива; 12 топливно-насосный агрегат МД ЗВВ; 13 трубопроводы для подачи топлива к МД ЗВВ; 14 УПТ; 15 трубопроводы для подачи топлива от топливных баков ЗВВ к топливным бакам КАВВ; 16 ГСПТ; 17 - рулевые двигатели; 18 топливные разъемы; 19 топливные вентили; 20 сечение сопел МД ЗВВ, перпендикулярное его продольной оси; 21 продольная ось МД ЗВВ; 22 первая пара составляющих двигателей МД ЗВВ; 23 вторая пара составляющих двигателей МД ЗВВ; 24 третья пара составляющих двигателей МД ЗВВ; 25 четвертая пара составляющих двигателей МД ЗВВ; 26 тяга пары составляющих двигателей 22; 27 тяга пары составляющих двигателей 23; 28 - тяга пары составляющих двигателей 24; 29 тяга пары составляющих двигателей 25; 30 первый ЗВВ; 31 второй ЗВВ; 32 первое ГСПТ; 33 второе ГСПТ; 34 - стартовый комплекс КАВВ; 35 стартовый стол КАВВ; 36 линия связи КАВВ; 37 - стартовый комплекс ЗВВ; 38 стартовый стол ЗВВ; 39 центральный пункт управления (ЦПУ); 40 линия связи ЗВВ; 41 средство разделения для обеспечения безопасности; 42 паз в средстве разделения; 43 средство для закрывания паза; 44 соединительный трос; 45 устройство приема соединительного троса; 46 устройство хранения ГСПТ и соединительного троса; 47 замковое устройство ГСПТ; 48 приемное устройство ГСПТ.

Способ по данному изобретению осуществляется следующим образом. На фиг. 1 показана система доставки грузов в космос, содержащая КАВВ 1.

Под КАВВ в заявке имеется в виду летательный аппарат, имеющий маршевый жидкостно-реактивный двигатель 2, обеспечивающий подъемную силу, позволяющую КАВВ осуществлять вертикальный взлет, набор высоты и скорости в полете. КАВВ имеет также бак 3 для первого компонента топлива и бак 4 для второго компонента топлива. КАВВ несет груз 5 в космос. КАВВ имеет топливно-насосный агрегат 6 и трубопроводы 7 для подачи топлива к маршевому двигателю 2.

КАВВ 1 несет груз 5 в космос, и чем меньше затраты на единицу веса груза и чем больше сам груз, тем эффективнее, в общем случае, способ и система доставки груза в космос. Под грузом понимается не только груз, доставленный с Земли в космос, но и устройство для захвата и размещения на КАВВ груза, снимаемого с орбиты.

КАВВ может иметь крылья для возможности полета в атмосфере, например, на этапе возвращения на Землю. КАВВ после взлета постепенно переходит на полет по траектории, расположенной под заданным углом к поверхности Земли, выходит за пределы атмосферы в открытый космос, выполняет свое назначение, например, вывод груза (спутника связи и тому подобное) или выполнение каких-то других операций в космосе. Затем осуществляются спуск и горизонтальная посадка КАВВ на Землю с использованием аэродинамических свойств крыльев КАВВ. Может быть использован и вертикальный спуск.

Под ЗВВ 8 в заявке имеется в виду летательный аппарат, несущий топливо для заправки КАВВ 1, имеющий маршевый реактивный двигатель 9, обеспечивающий подъемную силу, позволяющую ЗВВ 8 осуществлять вертикальный взлет, набор высоты и скорости в полете. ЗВВ имеет бак 10 для первого компонента топлива и бак 11 для второго компонента топлива. ЗВВ имеет топливно-носоный агрегат 12 и трубопроводы 13 для подачи топлива к маршевому двигателю 9. ЗВВ 8, как и КАВВ 1, может иметь крылья для возможности полета в атмосфере. ЗВВ 8 осуществляет взлет и полет одновременно и параллельно с КАВВ 1 по части траектории, начинающийся от стартового комплекса до определенной высоты, а затем осуществляется спуск и горизонтальная (или вертикальная) посадка ЗВВ 8 на Землю.

В предпочтительных вариантах предложенных способа и системы доставки грузов в космос используется одновременный совместный взлет КАВВ 1. КААВ 1 и ЗВВ 8 с полностью заправленными баками. Сразу же после взлета КАВВ 1 в него с помощью устройства передачи топлива 14 по трубопроводам 15 начинает поступать топливо из ЗВВ 8, взлетающего совместно с КАВВ 1 и соединенного с ним гибким средством передачи топлива 16. Для маневрирования в полете КАВВ 1 и ЗВВ 8 имеют рулевые двигатели 17. ГСПТ 16 подсоединяется к трубопроводам КАВВ 1 и ЗВВ 8 с помощью топливных разъемов 18. В трубопроводах устанавливаются топливные вентили 19 для обеспечения перекрытия трубопроводов.

Предложенный способ доставки грузов в космос предусматривает выполнение следующих операций: 1. Размещают груз 5 на КАВВ 1.

2. Размещают необходимое для доставки груза 5 в космос топливо в баках 3 и 4 КАВВ 1 и 10 и 11 ЗВВ 8. При этом возможно применение не одного, а нескольких ЗВВ. Топливо для двигателей 2 и 9 КАВВ 1 и ЗВВ 8 может быть одинаковым, но может быть и разным. В последнем случае ЗВВ 8 имеет отдельный бак (или баки) для топлива КАВВ 1.

3. Перед взлетом соединяют КАВВ 1 и ЗВВ 8 с помощью гибкого средства передачи топлива 16, например, топливного шланга (фиг. 3). Возможно применение не одного, а нескольких ГСПТ, или ГСПТ с несколькими раздельными каналами для топлива. Длина шланга может быть, например, 15-20 м. Поскольку подсоединение ГСПТ 16 осуществляется на Земле, причем время, затрачиваемое на это соединение, строго не лимитируется, обеспечивается необходимое качество соединения (с точки зрения сохранения топлива и соблюдения требований экологии).

4. Осуществляют совместный одновременный взлет КАВВ 1 и ЗВВ 8 с подсоединенным между ними гибким средством передачи топлива 16. Одновременность и синхронность взлета КАВВ 1 и ЗВВ 8 обеспечивают целостность подсоединенного между ними ГСПТ 16, длина которого должна быть не меньше расстояния между местами подключения ГСПТ к КАВВ 1 и ЗВВ 8.

5. Обеспечивают на части траектории КАВВ 1 совместный синхронный параллельный полет КАВВ 1 и ЗВВ 8.

6. Передают в процессе совместного полета КАВВ 1 и ЗВВ 8 топливо из ЗВВ 8 в КАВВ 1. Топливо из ЗВВ 8 поступает в баки 3 и 4 КАВВ 1. При этом в двигателе 2 КАВВ 1 сжигается количеством топлива, равное передаваемому из ЗВВ 8, а бак 3 и 4 КАВВ 1 остаются полными до окончания совместного полета.

7. Отсоединяют гибкое средство передачи топлива 16 после окончания передачи из ЗВВ 8 в КАВВ 1. Отсоединение ГСПТ 16 содержит ряд операций, необходимых для того, чтобы в космос не попала часть перекачиваемого топлива. К таким операциям относятся, например, продувка ГСПТ 16, если топливо токсичное, инертными газами, перекрытие клапанов, обеспечивающих герметизацию ГСПТ 16, и трубопроводов КАВВ 1 и ЗВВ 8. Отсоединение ГСПТ 16 производят, в большинстве случаев, от КАВВ 1, после чего ГСПТ 16 забирается в ЗВВ 8 и с последним возвращается на Землю. Но возможно варианты, например, отсоединение ГСПТ 16 и от КАВВ 1, и от ЗВВ 8.

8. Прекращают совместный полет КАВВ 1 и ЗВВ 8, у которого закончилась передача топлива. После этого ЗВВ 8 возвращается на Землю, а КАВВ 1 про