Способ вывода воздушно-космического самолета в космос и система для его осуществления

Способ вывода воздушно-космического самолета в космос и система для его осуществления

Реферат

 

Использование: авиация и космонавтика, способы и воздушно-космические системы доставки полезной нагрузки на земную орбиту или в дальний космос. Сущность изобретения: осуществляют одновременный взлет и совместный параллельный полет воздушно-космического самолета (ВКС) и самолета-заправщика (СЗ), несущего топливо для жидкостно-реактивной двигательной установки ВКС, причем ВКС и СЗ соединяют при помощи гибкого средства передачи топлива (ГСПТ) еще на взлетной полосе, до старта, а после взлета ВКС, с практически пустыми баками, передают топливо из СЗ в указанную двигательную установку ВКС, преимущественно сразу же после взлета, посредством ГСПТ. После передачи всего необходимого количества топлива СЗ вместе с ГСПТ возвращается на Землю, а ВКС продолжает выполнять свою задачу. 10 с.и., 7 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к авиации и космонавтике, а более точно к способам и воздушно-космическим системам доставки полезной нагрузки на земную орбиту или отправки ее в дальний космос.

Существующие способы и системы для вывода полезных грузов на земную орбиту используют две основные технологии: это применение летательных аппаратов вертикального взлета (ракетная технология) и применение летательных аппаратов горизонтального взлета воздушно-космических самолетов (ВКС), называемая также технологией сверхзвуковых полетов. Под горизонтальным взлетом в данной заявке понимается также взлет по наклонной плоскости, при котором летательный аппарат после отрыва от наклонной плоскости осуществляет полет с использованием аэродинамической подъемной силы (см. Балашов В.В. Наземный разгон и наклонный старт космических летательных аппаратов. Развитие идей К.Э.Циолковского// Транспорт: Наука, Техника, Управление. М. ВИНИТИ, 1992. Вып. N 5, с. 46-54).

Имеется, кроме того, и смешанная технология, когда ВКС стартует не с земли, а с ракеты-носителя или с самолета-носителя, поднимающих ВКС в верхние слои атмосферы. Ракетная технология использовалась в таких программах освоения космоса, как полеты первых советских космонавтов, Союз, Восток, Меркурий, Джемини, Апполон. Смешанный вариант (старт с ракеты-носителя) использовался в программах Спейс Шаттл, Энергия-Буран.

Считается, что ракетную технологию целесообразно использовать для доставки в космос полезных грузов большого веса, а технологию сверхзвуковых полетов желательно использовать для доставки в космос полезных грузов среднего и небольшого веса.

Применение технологии доставки в космос полезных грузов, предусматривающей горизонтальный взлет с Земли, имеет перед ракетной технологией то преимущество, что взлет летательного аппарата с Земли можно осуществлять с территорий, имеющих любые географические координаты, т.е. с большинства дооборудованных современных больших аэродромов, а значит для них не нужны специальные космодромы. Кроме того, при горизонтальном взлете самолета меньше зависимости от погодных условий, чем при старте ракеты, а также не требуется отчуждения больших площадей земли, подвергающихся опасности падения первых ступеней ракет-носителей. Самолеты-носители и ВКС возвращаются на Землю и могут быть вторично использованы.

К настоящему времени рассматривались несколько вариантов технологии сверхзвуковых полетов.

В соответствии с одним из них ВКС стартует не с Земли, а с самолета-носителя, поднимающего его в верхние слои атмосферы. К такой технологии относятся, например, система, разрабатывавшаяся в СССР по проекту "Спираль" в 60-х годах, а также китайский двухступенчатый ВКС с горизонтальным взлетом и посадкой (см. "От "Спирали" к МАКСу". Беседа с Г.Е.Лозино-Лозинским. //Человек и Космос. М. 1992. N1. с. 26-28; "Китайский ВКС", там же, с. 28. Cormier L. Utility of high bypass turbofans for a two-stage space transport. A1AA/NASA Conference on Advanced Technology for Future Space Systems, 8-10 May, 1979, Hampton, Virginia, p. 113-122).

Недостатком этого варианта является необходимость создания и эксплуатации самолета-носителя, который, неся на себе ВКС и запас топлива для своего полета и полета ВКС в космос, является сложным сооружением, имеющим большой вес из-за требований достаточной прочности и из-за требований очень большой грузоподъемности, т.к. для доставки в космос полезного груза весом в 2,27 - 4,24 т требуется нести на борту самолета-носителя одного только топлива 375 695 т, соответственно. При этом полный вес всего многоцелевого воздушно-космического аппарата (МВКА) достигает, соответственно 593 1022 т (см. "Исследование концепций трансатмосферного летательного аппарата TAV". //Техническая информация. Новости зарубежной науки и техники. Серия: Авиационная и ракетная техника. М. ЦАГИ, 1985. Вып. N 17 (1519)".

По другому варианту с Земли взлетает самолет-носитель с размещенным на нем космическим летательным аппаратом, способным возвращаться на Землю, используя аэродинамический полет, причем для увеличения полезной нагрузки (транспортируемого в космос груза) перед взлетом топливные баки самолета-носителя заполнены лишь частично, а топливные баки космического летательного аппарата могут быть не заполнены. На некоторой высоте самолет-носитель встречается с самолетом-заправщиком, стыкуется с ним, производится дозаправка топливом самолета-носителя и космического летательного аппарата, после чего самолет-носитель поднимается в более высокие слои атмосферы, где с него и происходит запуск в космос космического летательного аппарата (см. High altitude launch platform: Международная заявка N PCT/US92/09570, номер международной публикации WO 93/09030, MКИ5 В 64 G 1.14 /Palmer W.R. (USA). Дата международной публикации 13 мая 1993 г).

Недостатком этого варианта является потеря времени на нахождение самолета-заправщика, выравнивание курсов с ним и соединение трубопроводов. Кроме того, вес самолета-носителя, по необходимости, должен быть очень значительным для обеспечения необходимой прочности (как и в первом рассмотренном варианте), т.к. на нем находится космический летательный аппарат.

По третьему варианту ВКС взлетает с Земли, его топливные баки заполнены лишь настолько, чтобы обеспечить ему полет до высоты, где он стыкуется с одним или двумя самолетами-заправщиками, из которых при совместном параллельном горизонтальном полете и производится дозаправка баков космического самолета (см. Henry B.Z. and Decker J.P. Future Earth-Orbit Trasportation Sistems/Technology Implications. //Astronautics and Aeronautics. 1976. Vol/ 14, N 9. PP. 18 28). По варианту, описанному в указанной статье, ВКС взлетает, используя воздушно-реактивную двигательную установку, заправляется от двух больших криогенных топливозаправщиков на высоте примерно 6100 м, при скорости порядка 0,7 М. Кроме того, ВКС имеет двигательную установку на жидком кислороде/ жидком водороде. Указанные в этом варианте технологии сверхзвуковых полетов способ вывода воздушно-космического самолета в космос и система для его осуществления являются ближайшими аналогами (прототипами) предлагаемого изобретения.

Недостатком прототипа является потеря времени и соответствующее дополнительное потребление топлива на сближение ВКС с самолетом-заправщиком, выравнивание курсов с ним и соединение в полете трубопроводов для дозаправки. Кроме того, при параллельном горизонтальном полете, во время которого происходит дозаправка, ВКС прекращает подъем и наращивание скорости, продолжая тратить топливо.

Необходимость сокращения времени горизонтального полета заставляет производить перекачку топлива с большим объемом перекачиваемого топлива в единицу времени, например, в указанной выше статье скорость перекачки 75700 л в минуту. Это требует применения мощных и тяжелых насосов для перекачки топлива.

Кроме того, недостатком прототипа является то, что в полете трудно состыковать с ВКС одновременно два самолета-заправщика, т.к. сложно осуществить одновременный подход двух самолетов и работу двух ловушек трубопроводов. А последовательная стыковка двух самолетов-заправщиков заняла бы недопустимо много времени.

Предложенный в прототипе способ соединения ВКС и самолета-заправщика (СЗ) в воздухе для дозаправки потребует применения сложных автоматических конструктивных элементов подсоединения шлангов. При работе сложных автоматических систем подсоединения вероятны большие выбросы топлива в воздух, что неприемлемо по экологическим соображениям. Кроме того, сложная автоматическая стыковка при одновременной дозаправке двумя компонентами топлива в воздухе очень опасна, потому что со значительной долей вероятности может привести к контакту двух компонентов топлива, что создает обстановку, чреватую взрывом.

В предлагаемом изобретении поставлены и решены следующие технические задачи.

Обеспечена возможность начинать дозаправку практически сразу же после отрыва ВКС от Земли за счет стыковки баков ВКС и СЗ на Земле и исключения подготовительных операций для дозаправки в ходе полета. Также с помощью исключения указанных подготовительных операций обеспечено увеличение времени, отводимого для дозаправки, и тем самым уменьшен необходимый объем передаваемого топлива в единицу времени, что приводит к уменьшению веса и габаритов устройства передачи топлива (УПТ) и соответственно к увеличению веса полезного груза. При соединении топливных систем ВКС и СЗ на Земле может быть обеспечено упрощение конструкции гибкого средства передачи топлива (ГСПТ) и исключение автоматических ловушек ГСПТ (шлангов) в полете.

Обеспечено уменьшение расхода топлива за счет исключения "холостого" полета СЗ до его соединения с ВКС для дозаправки.

Обеспечены условия для сокращения расхода топлива, т.к. дозаправка ВКС проводится на активном участке его траектории (т.е. на участке разгона и набора высоты), а не в ходе горизонтиального полета ВКС во время дозаправки, который фактически "вырезается" из активного участка полета ВКС.

В предлагаемом изобретении соединение ГСПТ на Земле перед полетом позволяет выполнить его особо надежным.

Обеспечена возможность использования на ВКС двигателей одного типа, например, жидкостно-реактивных двигателей (ЖРД), а не двух разного типа двигателей, за счет обеспечения возможности поступления на ВКС достаточного количества топлива от СЗ непосредственно сразу же после взлета.

Обеспечены большая безопасность при дозаправке, особенно двухкомпонентным топливом, и соблюдение более строгих допусков на загрязнение окружающей среды во время дозаправки. Предложенное изобретение практически исключает проливы топлива в процессе стыковки и дозаправки.

Существенные признаки способа вывода ВКС в космос заключаются в том, что размещают топливо для ВКС в баке СЗ, обеспечивают совместный синхронный и параллельный полет ВКС и СЗ во время полета ВКС по части его траектории, передают топливо из СЗ в ВКС с помощью по крайней мере одного гибкого средства передачи топлива, отсоединяют гибкое средство передачи топлива после окончания передачи топлива в воздушно-космический самолет, возвращают СЗ на Землю после передачи топлива в ВКС (далее следуют отличительные признаки), соединяют СЗ с ВКС перед взлетом с помощью по крайней мере одного гибкого средства передачи топлива, осуществляют одновременный и параллельный взлет ВКС и СЗ с подсоединенным к ним по крайней мере одним гибким средством передачи топлива.

Это позволяет начать дозаправку ВКС топливом непосредственно после взлета и, в конечном счете, позволяет значительно увеличить полезный груз на ВКС.

В другом варианте существенные признаки способа вывода ВКС в космос заключаются в том, что размещают топливо для ВКС в баке СЗ, обеспечивают совместный синхронный и параллельный полет ВКС и СЗ во время полета ВКС по части его траектории, передают топливо из СЗ в ВКС с помощью по крайней мере одного гибкого средства передачи топлива, отсоединяют гибкое средство передачи топлива после окончания передачи топлива в воздушно-космический самолет, возвращают СЗ на Землю после передачи топлива в ВКС (далее следуют отличительные признаки), располагают СЗ и ВКС последовательно друг за другом на одной взлетной полосе, соединяют перед взлетом СЗ и ВКС буксировочным тросом, соединяют СЗ с ВКС перед взлетом с помощью по крайней мере одного гибкого средства передачи топлива, осуществляют одновременный последовательно друг за другом взлет ВКС и СЗ с подсоединенными к ним буксировочным тросом и по крайней мере одним гибким средством передачи топлива.

В этом варианте существенно уменьшается стоимость разработки и изготовления системы управления и синхронизации совместного полета ВКС и СЗ.

В другом варианте существенные признаки способа вывода ВКС в космос заключаются в том, что размещают топливо для ВКС в баках первого и второго СЗ, обеспечивают совместный синхронный и параллельный полет ВКС и СЗ во время полета ВКС по части его траектории, передают топливо из СЗ и ВКС с помощью первого и второго гибких средств передачи топлива, отсоединяют гибкие средства передачи топлива после окончания передачи топлива в воздушно-космический самолет, возвращают СЗ на Землю после передачи топлива в ВКС, (далее следуют отличительные признаки), соединяют первый и второй СЗ с ВКС перед взлетом с помощью первого и второго гибких средств передачи топлива, соответственно, осуществляют одновременный и параллельный взлет ВКС и СЗ с подсоединенными к ним гибкими средствами передачи топлива.

Этот вариант предусматривает использование двух СЗ, что позволяет уменьшить размеры СЗ и увеличить скорость дозаправки.

В другом варианте существенные признаки способа вывода ВКС в космос заключаются в том, что размещают топливо для ВКС в баках первого и второго СЗ, обеспечивают совместный синхронный и параллельный полет ВКС и СЗ во время полета ВКС по части его траектории, передают во время совместного полета топливо из СЗ в ВКС с помощью первого и второго гибких средств передачи топлива, отсоединяют гибкие средства передачи топлива после окончания передачи топлива в воздушно-космический самолет, возвращают СЗ на Землю после передачи топлива в ВКС (далее следуют отличительные признаки), располагают первый и второй СЗ на двух параллельных взлетных полосах, располагают ВКС позади СЗ и между ними на промежуточной между СЗ взлетной полосе, соединяют перед взлетом ВКС с помощью первого буксировочного троса с первым СЗ и с помощью второго буксировочного троса со вторым СЗ, соединяют с ВКС перед взлетом первый СЗ с помощью первого гибкого средства передачи топлива, а второй СЗ с помощью второго гибкого средства передачи топлива, осуществляют одновременный параллельный взлет СЗ и следующего за ними ВКС с подсоединенными к ним буксировочными тросами гибкими средствами передачи топлива.

В этом варианте способа существенно упрощается система управления и синхронизации полета ВКС с двумя СЗ.

В другом варианте способа при использовании в двигателе ВКС двухкомпонентного топлива отличительные существенные признаки заключаются в том, что размещают в баке первого СЗ первую компоненту двухкомпонентного топлива, а в баке второго СЗ размещают вторую компоненту двухкомпонентного топлива для ВКС.

Такое размещение топлива позволяет упростить и удешевить всю систему.

В другом варианте существенные признаки способа вывода воздушно-космического самолета в космос заключаются в том, что размещают топливо для воздушно-космического самолета в баке самолета-заправщика, обеспечивают совместный синхронный и параллельный полет воздушно-космического самолета и самолета-заправщика во время полета воздушно-космического самолета по части его траектории, передают топливо из самолета-заправщика в воздушно-космический самолет с помощью по крайней мере одного гибкого средства передачи топлива, отсоединяют гибкое средство передачи топлива после окончания передачи топлива в воздушно-космический самолет, возвращают самолет-заправщик на Землю после передачи топлива, (далее следуют отличительные признаки) соединяют самолет-заправщик с воздушно-космическим самолетом перед взлетом с помощью соединительного троса, осуществляют одновременный и параллельный взлет воздушно-космического самолета и самолета-заправщика с подсоединенным к ним соединительным тросом, втягивают в воздушно-космический самолет соединительный трос с подсоединенным к нему гибким средством передачи топлива так, чтобы один конец ГСПТ остался соединенным с самолетом-заправщиком, а другой конец ГСПТ оказался соединенным с воздушно-космическим самолетом, отсоединяют соединительный трос после окончания передачи топлива в воздушно-космический самолет.

В отличие от предыдущих вариантов способа ГСПТ находится в СЗ до взлета, а после взлета с помощью соединительного троса вытягивается из СЗ и подсоединяется к КТЗ.

В другом варианте существенные признаки способа вывода воздушно-космического самолета в космос заключаются в том, что размещают топливо для воздушно-космического самолета в баке самолета-заправщика, обеспечивают совместный синхронный и параллельный полет воздушно-космического самолета и самолета-заправщика во время полета воздушно-космического самолета по части его траектории, передают топливо из самолета-заправщика в воздушно-космический самолет с помощью по крайней мере одного гибкого средства передачи топлива, отсоединяют гибкое средство передачи топлива после окончания передачи топлива в воздушно-космический самолет, возвращают самолет-заправщик на Землю после передачи топлива, (далее следуют отличительные признаки) соединяют самолет-заправщик с воздушно-космическим самолетом перед взлетом с помощью соединительного троса, осуществляют одновременный и параллельный взлет воздушно-космического самолета и самолета-заправщика с подсоединенным к ним соединительным тросом, втягивают в самолет-заправщик соединительный трос с подсоединенным к нему гибким средством передачи топлива так, чтобы один конец ГСПТ остался соединенным с воздушно-космическим самолетом, а другой конец ГСПТ оказался соединенным с самолетом-заправщиком, отсоединяют соединительный трос после окончания передачи топлива в воздушно-космический самолет.

В отличие от предыдущих вариантов способа ГСПТ находится в ВКС до взлета, а после взлета с помощью соединительного троса вытягивается из ВКС и подсоединяется к СЗ.

Существенные признаки другого объекта изобретения системы вывода ВКС в космос заключаются в том, что эта система содержит ВКС с жидкостно-реактивным двигателем и топливным баком, по крайней мере один СЗ с баком для топлива ВКС, устройство передачи топлива между указанным баком СЗ и баком ВКС, и по крайней мере одно гибкое средство передачи топлива, (далее следуют отличительные признаки), указанное по крайней мере одно гибкое средство передачи топлива подсоединено до взлета и во время взлета к топливному баку ВКС и через указанное устройство передачи топлива к баку с топливом для ВКС, расположенному на СЗ.

Эта система позволяет начать дозаправку ВКС топливом непосредственно после взлета, уменьшить начальный запас топлива на ВКС и, в конечном счете, значительно увеличить полезный груз на ВКС.

В другом варианте существенные отличительные признаки системы заключаются в том, что она содержит буксировочный трос, подсоединенный между СЗ и ВКС до взлета, во время взлета и полета и до окончания передачи топлива из СЗ в ВКС.

Это существенно упрощает и удешевляет систему управления и синхронизации совместного полета ВКС и СЗ.

В другом варианте существенные отличительные признаки системы заключаются в том, что она содержит поддерживающее устройство, расположенное между СЗ и ВКС до взлета и во время разбега, причем гибкое средство передачи топлива закреплено на указанном поддерживающем устройстве до взлета с возможностью отсоединения в момент отрыва СЗ и ВКС от взлетной полосы. Это позволяет защитить топливный шланг (ГСПТ) от возможных повреждений при взлете.

В другом варианте существенные признаки системы вывода ВКС в космос заключаются в том, что она содержит ВКС с жидкостно-реактивным двигателем и топливным баком, первый и второй СЗ с баками для топлива ВКС, первое и второе устройства передачи топлива между указанными баками СЗ и по крайней мере одним баком ВКС и первое и второе гибкие средства передачи топлива, (далее следуют отличительные признаки), причем указанное первое гибкое средство передачи топлива подсоединено до взлета и во время взлета к топливному баку ВКС и через указанное первое устройство передачи топлива к баку с топливом для ВКС, расположенному на первом СЗ, а указанное второе гибкое средство передачи топлива подсоединено до взлета и во время взлета к топливному баку ВКС и через указанное второе устройство передачи топлива к баку с топливом для ВКС, расположенному на втором СЗ.

Это позволяет уменьшить размеры СЗ и ускорить дозаправку.

В другом варианте существенные признаки системы вывода ВКС в космос заключаются в том, что она содержит первый и второй буксировочные тросы, подсоединенные между первым и вторым СЗ и ВКС до взлета, во время взлета и полета и до окончания передачи топлива из СЗ и ВКС.

Это существенно упрощает и удешевляет систему управления и синхронизации совместного полета ВКС и СЗ.

В другом варианте существенные признаки системы вывода ВКС в космос заключаются в том, что она содержит ВКС с работающим на двухкомпонентном топливе жидкостно-реактивным двигателем и с первым и вторым топливными баками, первый СЗ с баком для первой компоненты топлива ВКС, второй СЗ с баком для второй компоненты топлива ВКС, первое устройство передачи топлива между указанным баком первого СЗ и первым баком ВКС, второе устройство передачи топлива между указанным баком второго СЗ и вторым баком ВКС, первое и второе гибкие средства передачи топлива (далее следуют отличительные признаки), причем указанное первое гибкое средство передачи топлива подсоединено до взлета и во время взлета к первому топливному баку ВКС и через указанное первое устройство передачи топлива к указанному топливному баку первого СЗ, а указанное второе гибкое средство передачи топлива подсоединено до взлета и во время взлета ко второму топливному баку ВКС и через указанное второе устройство передачи топлива к указанному топливному баку второго СЗ.

Такое размещение топлива на СЗ позволяет упростить систему.

В другом варианте существенные отличительные признаки системы заключаются в том, что она содержит первый и второй буксировочные тросы, подсоединенные между первым и вторым СЗ и ВКС до взлета, во время взлета и полета и до окончания передачи топлива из СЗ в ВКС. Это существенно упрощает и удешевляет систему управления и синхронизации совместного полета ВКС и СЗ.

В другом варианте существенные признаки системы вывода ВКС в космос заключаются в том, что она содержит воздушно-космический самолет с жидкостно-реактивным двигателем и топливным баком, самолет-заправщик с баком для топлива воздушно-космического самолета, устройство передачи топлива между указанным баком самолета-заправщика и баком воздушно-космического самолета, и гибкое средство передачи топлива, (далее следуют отличительные признаки), соединительный трос, устройство приема соединительного троса, устройство хранения ГСПТ и соединительного троса, причем соединительный трос включен между ВКС и СЗ до взлета, во время взлета и полета и подсоединен к устройству приема соединительного троса и к устройству хранения ГСПТ и соединительного троса, а ГСПТ подсоединен к соединительному тросу с возможностью перемещения ГСПТ между ВКС и СЗ вместе с соединительным тросом.

В этом варианте системы используется подсоединенный к ВКС и СЗ соединительный трос, с помощью которого после взлета устанавливается соединение ВКС и СЗ посредством ГСПТ.

В другом варианте системы отличительные существенные признаки заключаются в том, что устройство хранения ГСПТ и соединительного троса расположено в СЗ, а устройство приема соединительного троса расположено в ВКС.

В этом варианте уточняется расположение устройств хранения и приема соединительного троса.

В другом варианте системы отличительные существенные признаки заключаются в том, что устройство хранения ГСПТ и соединительного троса расположено в ВКС, а устройство приема соединительного троса расположено в СЗ.

В этом варианте расположение устройств хранения и приема соединительного троса противоположно предыдущему варианту.

На фиг. 1 изображена система вывода ВКС в космос с параллельным расположением ВКС и СЗ (вид сверху и вид сзади); на фиг. 2 система вывода ВКС в космос с последовательным расположением ВКС и СЗ (вид сверху); на фиг. 3 система вывода ВКС в космос с одним ВКС и двумя СЗ, расположенными параллельно (вид сверху и вид сзади); на фиг. 4 система вывода ВКС в космос с двумя СЗ и одним ВКС, расположенным между и позади СЗ (вид сверху и вид в полете); на фиг. 5 система вывода ВКС в космос с одним ВКС, имеющим два бака, и двумя СЗ, расположенными параллельно (вид сверху и вид сзади); на фиг. 6 система вывода ВКС в космос с поддерживающим ГСПТ устройством (вид сверху и вид сзади); на фиг. 7 система приема ГСПТ при соединении ВКС и СЗ соединительным тросом.

На фигурах приняты следующие обозначения: 1 воздушно-космический самолет (ВКС); 2 самолет-заправщик (СЗ); 3 - полезный груз; 4 бак ВКС; 5 гибкое средство передачи топлива (ГСПТ); 6 - взлетная полоса; 7 крыло ВКС; 8 крыло СЗ; 9 бак СЗ; 10 устройство передачи топлива; 11 двигатель ВКС; 12 двигатель СЗ; 13 буксировочный трос; 14 первый СЗ; 15 второй СЗ; 16 первое ГСПТ; 17 второе ГСПТ; 18 - первый бак ВКС; 19 второй бак ВКС; 20 поддерживающее устройство для ГСПТ; 21 соединительный трос; 22 устройство приема соединительного троса; 23 - устройство хранения ГСПТ и соединительного троса; 24 замковое устройство ГСПТ; 25 приемное устройство ГСПТ.

Изобретение касается вывода ВКС в космос. Нафиг. 1 показаны вид сверху и вид сзади на ВКС 1 и СЗ 2. Под ВКС 1 в заявке имеется в виду летательный аппарат с крыльями, создающими в полете аэродинамическую подъемную силу и позволяющими ВКС осуществлять горизонтальный взлет с аэродрома, набор высоты и скорости в атмосфере. ВКС затем постепенно переходит на полет по траектории, расположенной под значительным углом к поверхности Земли, под действием подъемной силы реактивного двигателя ВКС выходит за пределы атмосферы в открытый космос, выполняет назначение ВКС, например, вывод полезного груза 3 (спутника связи и т.п.) или выполнение каких-то других операций в космосе. Затем осуществляется спуск и горизонтальная посадка ВКС на аэродром с использованием аэродинамических свойств крыльев ВКС. ВКС несет полезный груз 3 в космос, и чем меньше затраты на единицу веса полезного груза и чем больше сам полезный груз, тем эффективнее в общем случае способ и система вывода ВКС в космос.

В предложенных способе и системе вывода ВКС в космос используется взлет практически "пустого" ВКС 1 в том смысле, что его топливные баки 4 имеют при взлете минимум топлива, необходимого только для набора заданной скорости для отрыва ВКС от взлетной полосы и возникновения подъемной силы крыльев ВКС, а также для возможной аварийной посадки. Сразу же после взлета ВКС 1 в него начинает поступать топливо из СЗ 2, взлетающего совместно с ВКС 1 и соединенного с ним гибким средством передачи топлива 5. При сравнительно небольших крыльях ВКС, его взлет практически без топлива, конечно, облегчается, что позволяет разместить на ВКС существенно больший полезный груз 3. Конструкция ВКС 1 может быть рассчитана на меньшую нагрузку, т.к. на Земле он свободен от топлива, а в полете увеличивающийся за счет заправки топливом вес ВКС компенсируется подъемной силой крыльев и тягой ракетного двигателя. В целом конструкция ВКС рассчитывается только на "сухой" вес ВКС (без учета веса топлива).

Предложенный способ вывода ВКС в космос предусматривает выполнение следующих операций.

ВКС 1 и СЗ 2 располагают на единой широкой взлетной полосе 6 аэродрома или на двух параллельных взлетных полосах, расположенных друг от друга на незначительном расстоянии (5 20 м). ВКС и СЗ располагают на взлетной полосе так, чтобы они были рядом и параллельны друг другу, например, чтобы концы крыла 7 ВКС 1 и крыла 8 СЗ 2 находились напротив друг друга. Размещают в баке 4 ВКС 1 такое количество топлива, которое необходимо для взлета и аварийной посадки, а также размещают на ВКС 1 полезный груз 3. Размещают в баке 9 СЗ 2 такое количество топлива, которое необходимо для вывода ВКС 1 в космос, а также топливо, необходимое для взлета и полета СЗ 2 вместе с ВКС 1 и для возвращения СЗ 2 на Землю после окончания дозаправки ВКС 1.

Затем подсоединяют гибкое средство передачи топлива 5, например, топливный шланг, между устройством передачи топлива 10 (в простейшем случае, топливным насосом), размещенным на СЗ 2 и подключенным к топливному баку 9 СЗ 2, и к топливному баку 4 ВКС 1. Длина шланга может быть, например, 5 20 м. Трубопроводы от баков ВКС 1 и СЗ 2 к месту подсоединения с ГСПТ 5 могут проходить в крыльях 7 ВКС 1 и 8 СЗ 2.

После этого осуществляют синхронный и параллельный взлет ВКС 1 и СЗ 2 с подключенным гибким средством передачи топлива 5. Одинаковые скорость разбега и длины пробега до отрыва от взлетной полосы обеспечиваются пилотами или беспилотной системой управления, контролирующей взаимное положение ВКС 1 и СЗ 2 и регулирующей тягу двигателя 11 ВКС 1 и двигателей 12 СЗ 2 так, чтобы обеспечить необходимые скорости.

Затем осуществляют набор высоты и увеличение скорости ВКС 1 и СЗ 2, при этом увеличивается подъемная сила крыльев 7 ВКС 1, что позволяет осуществлять дозаправку из СЗ 2 топлива в бак 4 ВКС 1 с помощью насоса устройства передачи топлива 10, направляющего топливо по гибкому средству передачи топлива 5 в бак 4 ВКС 1.

При этом ВКС 1 и СЗ 2 осуществляют синхронный параллельный полет и подъем. Увеличивающаяся подъемная сила крыльев 7 ВКС 1 позволяет подавать все больше топлива из СЗ 2 в ВКС 1, причем это топливо тратится как на увеличение скорости и высоты подъема ВКС 1, так и на увеличение запаса топлива в баке 4 ВКС 1. Количество перекачиваемого в единицу времени топлива становится постоянным после того, как достигается максимально возможное значение для установленного на СЗ 2 насоса и для пропускной способности подключенного шланга. Полет ВКС 1 и СЗ 2 проходит по заданной траектории с постоянным увеличением скорости и высоты. Как только все заданное количество топлива из СЗ 2 в ВКС 1 оказывается переданным, происходит отключение гибкого средства передачи топлива 5 от ВКС 1 и закрепление ГСПТ 5 на СЗ 2. Для исключения пролива топлива перед отключением гибкого средства передачи топлива 5 производится закрытие клапанов (на фиг. не показаны) на входе и выходе гибкого средства передачи топлива 5 и устройств передачи топлива 10.

Таким образом, после отключения гибкого средства передачи топлива 5 и окончания дозаправки ВКС 1 оказывается на сравнительно большой высоте (6-20 км), имеет довольно высокую скорость (0,8-5 м) и полный бак с топливом.

Вся дозаправка производится на активном участке траектории, т.е. при непрерывном увеличении высоты и скорости полета. Если в двигателе ВКС 1 используется двухкомпонентное топливо, то гибкое средство передачи топлива 5 должно иметь два трубопровода, или могут быть использованы два ГСПТ 5. При этом, на ВКС 1 должно быть два бака 4, на СЗ 2 также два бака 9 и два устройства передачи топлива 10.

В другом варианте способа вывода ВКС 1 в космос СЗ 2 и ВКС 1 располагают на одной взлетной полосе 6 друг за другом. (фиг. 2). Расположение двигателей 12 СЗ 2, например, на крыльях 8 позволяет это сделать.

СЗ 2 и ВКС 1 соединяют буксировочным тросом 13. Во время взлета и всего совместного полета работают все двигатели СЗ 2 и ВКС 1 в таком режиме, что часть тяговой силы СЗ 2 передают на трос 13 для ВКС 1. Этим приемом обеспечивается полусамолетный (или полупланерный) режим полета ВКС 1, что позволяет упростить и удешевить систему управления и синхронизации совместного полета ВКС и СЗ.

(Впервые о возможности буксировки звездолета см. Циолковский К.Э. Звездолет с предшествующими ему машинами (1933 г.)// Избранные труды. М. Издательство АН СССР, 1962, с. 426 434).

Кроме того, буксировочный трос 13 позволяет обеспечить большую безопасность ГСПТ 5, т.е. предохраняет его от обрыва. Возможно конструктивное объединение буксировочного троса 13 и ГСПТ 5.

В другом варианте способа вывода ВКС 1 в космос (фиг. 3) используют два СЗ, первый 14 и второй 15. Это позволяет либо увеличить размеры ВКС (а, следовательно, увеличить полезный груз), либо вдвое уменьшить размеры и вес СЗ. В свою очередь, это может позволить свести разработку СЗ к модернизации под СЗ какого-либо серийного тяжелого самолета, например, типа "Руслан" или "Боинг". Тем самым уменьшается также время дозаправки, размер и вес насосов УПТ 10.

Два СЗ (14 и 15) и ВКС 1 соединяют перед взлетом с помощью первого 16 и второго 17 гибких средств передачи топлива, осуществляют одновременный и параллельный взлет двух СЗ (14 и 15) и ВКС 1 по одной широкой полосе или по трем параллельным взлетным полосам с подсоединенными гибкими средствами передачи топлива 16 и 17. В другом варианте способа вывода ВКС 1 в космос (фиг. 4) располагают два СЗ 14 и 15 параллельно и рядом друг с другом, например, так, чтобы концы их крыльев были напротив друг друга, а ВКС 1 располагают несколько сзади от СЗ 14 и 15 и между ними. Каждый СЗ соединяют с ВКС 1 буксировочными тросами 13 и гибкими средствами передачи топлива 16 и 17. Затем осуществляют одновременный взлет и полет в полусамолетном (или полупланерном) режиме двух СЗ 14 и 15 и ВКС 1. На фиг. 4 показан вид СЗ 14 и 15 и ВКС 1 на взлетной полосе и в полете.

В другом варианте способа вывода ВКС 1 в космос (фиг. 5), при использовании в двигателе ВКС 1 двухкомпонентного топлива, в баке 9 первого СЗ 14 размещают первую компоненту топлива, а в баке 9 второго СЗ 15 вторую компоненту топлива, причем перекачка осуществляется в два бака 18 и 19, находящихся на ВКС 1, и с помощью двух УПТ 10 и двух ГСПТ 16 и 17.

В другом варианте способа вывода ВКС в космос (фиг. 7) на Земле до взлета ВКС 1 и СЗ 2 соединяют с помощью соединительного троса 21. В ВКС 1 соединительный трос 21 крепится в устройстве 22 приема соединительного троса. В СЗ соединительный трос 21 крепится в устройстве 23 хранения ГСПТ и соединительного троса. ГСПТ 5 до взлета находится в устройстве 23 хранения ГСПТ и соединительного троса. Соединительный трос 21 и ГСПТ 5 соединены так, что при перемещении соединительного троса 21 вместе с ним перемещается и ГСПТ 5. После взлета ВКС и СЗ соединительный трос 21 перемещают в устройство 22 приема соединительного троса и вытягивают тем самым ГСПТ 5 из устройства 23 хранения ГСПТ и соединительного троса до сочленения замкового устройства 24 ГСПТ с приемным устройством 25 ГСПТ, находящимся в ВКС 1. Затем осуществляется передача топлива и после ее окончания осуществляют расчленение замкового устройства 24 ГСПТ с приемным устройством 25 ГСПТ. ГСПТ 5 с помощью соединительного троса 21 втягивается обратно в устройство 23 хранения ГСПТ и соединительного троса.

В этом варианте способа ГСПТ 5 перемещают из СЗ и ВКС и обратно. В другом варианте способа ГСПТ 5 перемещают наоборот из ВКС, в котором оно первоначально хранится, в СЗ и, после окончания передачи топлива, обратно.

Другой объект изобретения система вывода ВКС 1 в космос (фиг. 1) - содержит ВКС 1 с ЖРД 11 и по крайней мере одним топливным баком 4, СЗ 2 с по крайней мере одним баком 9 для топлива ВКС 1. Указанная система содержит по крайней мере одно УПТ 10 между баком 9 СЗ 2 и баком 4 ВКС 1, расположенное на СЗ 2, и по крайней мере одно ГСПТ 5. Указанное ГСПТ 5 подсоединено до взлета, во время взлета и совместного полета ВКС 1 и СЗ 2 к баку 4 ВКС 1 и через УПТ 10 к баку 9 с топливом для ВКС 1, находящемуся на СЗ 2. ВКС 1 имеет крылья 7, позволяющие ему осуществлять горизонтальный взлет в аэродрома, подъем в атмосфере и посадку на аэродром. ВКС 1 имеет ЖРД 11, позволяющий ему достигать скорости, необходимой для выхода на орбиту вокруг Земли или для выхода с дальний космос. В качестве окислителя может использоваться жидкий кислород, а в качестве горючего жидкий водород.

Различные виды ВКС рассмотрены в обзоре Новичкова Н.Н. и Поздышева Д.В. Исследование концепций трансатмосферного летательного аппарата TAV//Техническая информация. Новости зарубежной науки и техники. Серия: Авиационная и ракетная техн