ракета-носитель

Формула изобретения

Ракета-носитель, содержащая тандемно расположенные ступени с направляющими рельсами и бугелями, соединенные между собой сухими проставками по верхним торцам каждой вышестоящей ступени, а также головной обтекатель со створками, отличающаяся тем, что в ней вышестоящая ступень коаксиально с зазором по всей длине установлена в сухой проставке нижестоящей ступени и герметично соединена по своему верхнему торцу силовой связью, створки головного обтекателя шарнирно закреплены по верхнему торцу сухой проставки нижестоящей ступени, а направляющие рельсы для бугелей вышестоящей ступени расположены на внутренней поверхности сухой проставки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ракетной техники, а более конкретно к конструкции силовой схемы соединения ступеней КА (космических аппаратов) и створок головных обтекателей, обеспечивающего падение всех отделяемых от ракеты-носителя конструктивных элементов на этапе ее выведения в одно отчуждаемое поле падения.

Известно техническое решение, где в ракете-носителе ступени соединены тандемно [1] . Причем баки, обычно в осевом направлении, разгружаются внутренним давлением, а обечайки сухих негерметичных проставок, не имея осевой разгрузки, рассчитываются только по критическим допустимым напряжениям, что увеличивает их конструктивный вес. При такой тандемной схеме каждая ступень и створки головного обтекателя после отделения падают в разные поля падения, что увеличивает их количество.

Наиболее близким из известных технических решений является, выбранная в качестве прототипа ракета-носитель, содержащая тандемно расположенные ступени с направляющими рельсами и бугелями, соединенные между собой сухими проставками по верхним торцам каждой вышестоящей ступени, и защищающий КА головной обтекатель со створками [2]. При такой силовой схеме корпус подвесного бака воспринимает только давление внутреннего поддува и инерционную нагрузку со стороны топлива, а наружный корпус сухой проставки воспринимает внешние аэродинамические нагрузки и сжимающие нагрузки от силы тяги двигателей нижестоящей ступение.

Задачей изобретения является снижение конструктивного веса при тандемном соединении ступеней ракеты-носителя, неразъемным шарнирным соединением створок головного обтекателя с сухой проставкой нижестоящей ступени для одновременного отделения их и падения в одно отчуждаемое для этого поле падения после ее отделения от вышестоящей ступени.

Указанная цель достигается тем, что в ракете-носителе, содержащей тандемно расположенные ступени с направляющими рельсами и бугелями, соединенными между собой сухими проставками по верхним торцам каждой вышестоящей ступени, космический аппарат и головной обтекатель со створками, вышестоящая ступень коаксиально с зазором по всей длине установлена в сухой проставке нижестоящей ступени и герметично соединена с ней по своему верхнему торцу силовой связью, створки головного обтекателя шарнирно закреплены по верхнему торцу упомянутой сухой проставки нижестоящей ступени, а направляющие рельсы для бугелей вышестоящей ступени расположены на внутренней поверхности сухой проставки.

На фиг. 1 изображена конструктивная силовая схема тандемного соединения ступеней ракеты-носителя, КА и створок головного обтекателя, на фиг. 2 -траектория движения ступеней PH при их запуске.

Ракета-носитель содержит тандемно расположенные ступени с направляющими рельсами 1 и бугелями 2, соединенные между собой сухими проставками 3 и 4 по верхнему торцу вышестоящей ступени 5, причем КА 6 установлен под головным обтекателем 7 со створками 8, где вышестоящая ступень коаксиально с зазором по всей длине установлена в сухой проставке 3 нижестоящей ступени 9 и герметично соединена с ней по своему верхнему торцу 10 силовой связью 11, створки 8 головного обтекателя 7 шарнирно закреплены по верхнему торцу 10 упомянутой сухой проставки 3 нижестоящей ступени 9, а направляющие рельсы 1 для бугелей 2 вышестоящей ступени 5 расположены на внутренней поверхности сухой проставки 3. Разделение вышестоящей ступени 5 по стыку ее силовой связи 11 с сухой проставкой 3 производится по плоскости 12.

После установки ракеты-носителя на стартовое сооружение 13 и заправки ее ступеней топливом производят поддув герметичной полости 14 давлением, меньшим минимально допустимого давления для баков "погруженных" в эту полость ступени. Поданное в полость 14 давление, в полете, по мере увеличения перегрузки, уравновешивает частично давление в баках и давление от столба топлива, и одновременно, воздействуя на всю площадь поперечного сечения сухой проставки 3, создает растягивающую силу, которая противодействует сжимающей нагрузке от тяги двигателя нижестоящей ступени 9, что способствует снижению конструктивного веса как баков вышестоящей ступени 5, так и сухой проставки 3.

После старта нижестоящая ступень 9 движется на активном этапе 15 по траектории 16. В конце активного этапа, после выключения двигателей, производится раскрытие створок головного обтекателя 7 в позиции 17. После чего открываются замки силовой связи 11 и под действием силы давления в полости 14 вышестоящая ступень 5 выталкивается на бугелях 2 по направляющим рельсам 1 из внутренней полости сухой проставки 3. В позиции 18 производится запуск двигателя вышестоящей ступени 5, которая по траектории 19 выводится до расчетной орбиты.

Отработавшая нижестоящая ступень 9 после отделения продолжает полет по баллистической траектории 20 в безвоздушном пространстве, в невесомости (поз. 21 и 22), во время которого производится закрытие створок 8. По мере вхождения в плотные слои атмосферы нижестоящая ступень 9 за счет своей нижней центровки стабилизируется двигательным отсеком вниз (поз. 23) и падает в точке 24 совместно со створками головного обтекателя 7.

Разделение нижестоящей 9 и вышестоящей 5 ступеней за счет расталкивающей силы давления в полости 14 позволяет получить дополнительный прирост скорости для вышестоящей ступени за счет их взаимного расталкивания пропорционально их массам.

Взаимное соединение всех отделяемых от ракеты-носителя элементов в одно целое и возможность падения их вместе в одно поле падения позволяют резко уменьшить потребное количество выделяемых полей падения (особенно при запусках с разными наклонениями орбиты), а также значительно снизить стоимость годовой арендной платы за эти отчуждаемые земли и, в итоге, очень весомо снизить стоимость выведения полезной нагрузки.

Благодаря такому выполнению ракеты-носителя снижается также конструктивный вес вышестоящей ступени.