Pēdējos gados privāto uzņēmumu attīstība, kas darbojas aviācijas un kosmosa nozarē, ir piesaistījusi īpašu speciālistu un plašas sabiedrības interesi. Vairākas šāda veida ārvalstu organizācijas jau ir prezentējušas vairākus dažādu klašu dizainus ar atšķirīgām iezīmēm. Līdzīgas organizācijas darbojas arī mūsu valstī. Līdz šim ir parādīti daži jauni sasniegumi šajā jomā. Tādējādi uzņēmums Lin Industrial iepazīstināja ar aviācijas un kosmosa sistēmas Vyuga projektu.
Aviācijas un kosmosa sistēmas (AKS) projektu pēc vārdā neminēta klienta lūguma izstrādāja Maskavas uzņēmums Lin Industrial, sadarbojoties ar Skolkovo fondu. Projekta mērķis bija izstrādāt atkārtoti lietojamu divpakāpju sistēmu, kas paredzēta cilvēku un dažādu kravu nogādāšanai orbītā. Tajā pašā laikā, ņemot vērā sistēmas ierobežoto nestspēju, par galveno uzdevumu tiek uzskatīta dažādu zinātnisku pētījumu īstenošana utt. Turklāt nav izslēgta sistēmas militāra izmantošana izlūkošanas nolūkos vai kā augstas precizitātes ieroču nesējs.
Piedāvātajā formā "Blizzard" sistēmai ir vairākas raksturīgas priekšrocības. Tas nodrošina pilnīgu visu sistēmas komponentu atkārtotu izmantošanu, esošo pārvadātāju lidmašīnu izmantošanu, iespēju novietot kravu orbītā ar plašu slīpumu diapazonu, kā arī vides drošību. Turklāt pārvadātāja lidmašīnas izmantošana ļauj uzsākt kravas no dažādiem planētas reģioniem, ieskaitot tos, kas paceļas no pircēja valsts teritorijas.
Vispārējs skats uz AKS "Blizzard" pirms pacelšanās
Vyuga AKS projekts ietver kompleksa izmantošanu, kas sastāv no trim galvenajām sastāvdaļām. Galvenais elements, kas nodrošina pārējo darbību, ir pārvadātāja lidmašīna ar stiprinājumu komplektu pārējās iekārtas transportēšanai. Tāpat tiek piedāvāts izmantot pirmo posmu ar raķešu dzinējiem, kas ir atbildīgs par paātrinājumu t.s. orbitālā stadija. Pēdējais ir aparāts, kas spēj lidot gan atmosfērā, gan ārpus tās. Visiem "Blizzard" kompleksa elementiem jāspēj atgriezties bāzē.
Pēc organizācijas-izstrādātāja teiktā, Vyuga AKS izveide sākās ar pieejamo spēju izpēti un nepieciešamās iekārtas parametru noteikšanu. Tātad kompleksa lietderīgā slodze tika noteikta 450 kg līmenī, samazinot zemo zemes slodzi. Tiek atzīmēts, ka "fotonu" tipa tehnoloģiskajiem pavadoņiem ir līdzīgi kravnesības parametri. Turklāt, ņemot vērā aprēķinus dažādiem kompleksa elementiem, tika noteikts sistēmas potenciālo nesēju loks.
Tika nolemts atteikties no militārā transporta lidmašīnas An-124 "Ruslan" un An-225 "Mriya" pārmērīgas kravnesības dēļ. Raķešu nesējs Tu-160 nederēja, jo esošais šāda veida transportlīdzeklis ir neliels. Rezultātā tika ņemtas vērā tikai lidmašīnas M-55X Geofizika, MiG-31 un Il-76. Turpmākie aprēķini parādīja, ka Geofizika un MiG-31 nevar izmantot kā aviācijas un kosmosa sistēmas pastiprinātāju. Šiem lidaparātiem ir augsti praktiski griesti, taču tiem ir nepietiekama kravnesība. Ar to izmantošanu "Blizzard" kravnesība nevarēja pārsniegt 50-60 kg, kas neatbilda sākotnējiem aprēķiniem.
Montāžas shēma
Tādējādi vienīgais sistēmas pārvadātājs bija militārā transporta lidmašīna Il-76. Tomēr pat šajā gadījumā ne visas dizaina iezīmes ļāva izmantot tehniku bez jebkādām izmaiņām. Aprēķini ir parādījuši, ka pastiprinātāja un orbītas posmu transportēšanai un palaišanai lidmašīnai nepieciešams strukturāls pastiprinājums un dažu jaunu iekārtu uzstādīšana. Šādas izmaiņas ļāva pilnībā realizēt esošās priekšrocības lielas nestspējas veidā, kā arī kompensēja esošos augstuma zudumus salīdzinājumā ar citiem potenciālajiem pārvadātājiem.
Projekts "Blizzard" pašreizējā formā paredz lidmašīnas Il-76 modernizāciju, izmantojot dažas jaunas vienības. Lidmašīnas kravas nodalījuma centrālajā daļā tiek piedāvāts uzstādīt īpašu atbalsta kopni, kas pārdala raķešu sistēmu svaru gaisa kuģa spēka elementiem. Šis izstrādājums ir ažūra konstrukcija, kuras garums ir 12,9 m, platums 3,3 m un augstums 2,7 m ar izvirzītiem elementiem augšējā daļā, kas sniedzas ārpus fizelāžas. Sākotnēji tika ierosināts izgatavot kopni no ar oglekļa šķiedru pastiprinātas plastmasas, bet vēlāk spēka dēļ projekts tika mainīts. Tagad izstrādājumam jāsastāv no titāna elementiem ar diametru 85 mm. Šajā gadījumā kopnes masa ir 6, 2 tonnas. Kāda struktūras vienkāršošana ir iespējama, samazinot kopnes apakšējās daļas daļu biezumu.
Pēc fermas uzstādīšanas lidmašīnā uz tās fizelāžas augšējās virsmas parādās vairāki mezgli, lai pieslēgtos raķešu sistēmas pirmajai pakāpei. Ar viņu palīdzību tiek ierosināts pārvadātāja lidmašīnu savienot ar citiem kompleksa elementiem. Stiprinājumiem jābūt vadības sistēmām, kas ļauj raķešu sistēmas izlaist vajadzīgajā brīdī.
Pamatojoties uz provizoriskā projektēšanas darba un pētījumu rezultātiem, izmantojot datormodelēšanu, "Lin Industrial" dizaineri veidoja AKS "Vyuga" pirmā posma vispārējo izskatu. Šim produktam vajadzētu būt salīdzinoši lielam lidaparātam, kas darbināms ar raķetēm, kas paredzēts orbitālās stadijas paātrināšanai pēc atdalīšanas no pastiprinātāja. Šādas pielietošanas metodes ir radījušas nepieciešamību izstrādāt dažas dizaina iezīmes. Jo īpaši bija jāizstrādā spārns un stabilizators, kas paredzēts raķešu sistēmas ievilkšanai no pārvadātāja lidmašīnas pēc atdalīšanas.
Kopņu konstrukcija ierosināta uzstādīšanai pastiprinātājlidmašīnā
Tiek piedāvāts diezgan vienkāršs pirmā posma dizains. Visas šīs tehnikas galvenās vienības jāuzstāda uz iegarenas kopnes, kas ir struktūras pamatā. Kopnes augšpusē tiek piedāvāts uzstādīt degvielas un oksidētāja tvertnes, aiz kurām jānovieto dzinējs. Šajā gadījumā aizmugurējai tvertnei, atšķirībā no priekšējās, jābūt sarežģītākai formai, kas nepieciešama pareizai orbitālās stadijas novietošanai. Fermas apakšējā daļā ir paredzēti stiprinājumi lidmašīnām. Paredzamo mehānisko un termisko spriegumu dēļ pirmajam posmam vajadzētu saņemt termisko aizsardzību no apakšējās fizelāžas.
Lidojumam atmosfērā tūlīt pēc atdalīšanās no pārvadātāja un nosēšanās laikā "Blizzard" pirmajā posmā jāizmanto dažādu lidmašīnu komplekts. Tiek ierosināts uzlikt zemu spārnu fizelāžas centrālajā daļā. Ir izstrādāta arī divu spuru astes iekārta ar salīdzinoši maziem stabilizatoriem. Tiek ierosināts gaisa kuģa korpusa iekšpusē uzstādīt šasiju, kas ir nepieciešama, lai atgrieztos pirmajā posmā vajadzīgajā lidlaukā.
Šobrīd tiek ziņots, ka ir izveidojusies viena no pirmā posma galvenajiem elementiem - oksidētāja tvertnes - forma. Šim izstrādājumam tika izvirzītas augstas prasības attiecībā uz stiprumu, tilpumu, hermētiskumu un citiem parametriem, līdz vajadzībai pēc maksimālas uzpildītā šķidruma ražošanas. Ņemot vērā šīs prasības un šķidrā skābekļa īpašības, tika noteikta tvertnes vispārējā konstrukcija. Tvertnes cilindriskajai sānu virsmai jābūt izgatavotai no oglekļa šķiedras ar epoksīda saistvielu, kā arī jāsaņem iekšējais pārklājums PMF-352 plēves veidā. Pēdējais ir nepieciešams, lai samazinātu zemas temperatūras oksidētāja negatīvo ietekmi uz saliktām detaļām. Kompozītajā daļā pielīmētos rāmjus un pamatnes tiek piedāvāts izgatavot no alumīnija-magnija sakausējuma. Tvertnes iekšpusē jāuzstāda deflektors, cauruļvadi un citas nepieciešamās detaļas.
Pirmā posma vispārējs skats
Tiek piedāvāts pirmās kārtas astes daļā uzstādīt vienkameru šķidro propelentu raķešu dzinēju ar nepieciešamajām īpašībām. Elektrostacijai, izmantojot petroleju un šķidro skābekli, būtu jāparāda gāzes izplūdes ātrums 3,4 km / s līmenī, kas ļaus sasniegt nepieciešamos vilces parametrus. Pirmā posma projektēšanas ātrums ir aptuveni 4720 m / s.
Ar kopējo garumu 17,45 m, Vyuga AKS pirmā posma sausnas svaram jābūt 3,94 tonnām, bet pilnam starta svaram - 30,4 tonnām. Lielākā daļa sākuma svara ir degviela: 7050 kg degvielas un 19 210 kg oksidētāja.
Pirmā posma pakaļgala fizelāžai tiek piedāvāts piestiprināt t.s. orbītas posms, kas paredzēts kravas pārvadāšanai un palaišanai vajadzīgajā trajektorijā / orbītā. Šādu iekārtu darbības raksturīgās iezīmes noveda pie neparasta skatuves veida veidošanās. "Blizzard" orbitālajai pakāpei jābūt racionalizētai gaisa kuģa korpusa ārējo vienību formai ar deguna augšējo daļu, kas atrodas uz augšu, un astes bloka daļu tuvu ovālam. Apakšā ar siltumizolācijas pārklājumu jābūt nedaudz izliektai formai.
Orbitālās stadijas korpusa augšējā daļā tiek piedāvāts izvietot izpletņu nodalījumu, vadības iekārtu nodalījumu, aiz kura jābūt lielam tilpumam, lai ietilptu kravnesība. Zem šiem nodalījumiem ir paredzētas sfērisku un cilindrisku tvertņu uzstādīšanas vietas degvielas sastāvdaļām. Korpusa astes daļa ir novietota zem motora. Fizelāžas augšējā daļā var uzstādīt lūku atlokus, kas paredzēti lietderīgās slodzes uzstādīšanai skatuves korpusā, kā arī tās noņemšanai ārpusē, veicot dažādus darbus. Jo īpaši šādu lūku var izmantot saules paneļu izvietošanai, izmantojot kosmosa kuģi orbītas konfigurācijā.
Pirmā posma apraksts
Pašreizējā formā Vyuga projekts ietver 5505 mm garas, 2604 mm platas un 1,5 m augstas orbītas skatuves izbūvi. Orbitālās stadijas sausā masa ir 950 kg. Kravnesība - 450 kg. Kopā ar degvielas un oksidētāja piegādi aparātam vajadzētu svērt 4,8 tonnas. Tajā pašā laikā saskaņā ar aprēķiniem petrolejas daļa ir 914 kg, bet oksidētājs - 2486 kg. Produkta ātrumam jābūt līdz 4183 m / s.
Aviācijas un kosmosa sistēmas Vyuga izmantošanas principi izskatās diezgan vienkārši un ļauj ar minimālajām nepieciešamajām izmaksām novietot kravu vajadzīgajā trajektorijā vai zemā atskaites orbītā. Gatavojoties uzdevumam, orbītas stadijas kravas nodalījumā jāuzstāda nepieciešamā krava. Pēc tam šis aparāts tiek novietots pirmajā posmā, un visa sistēma ir uzstādīta uz pastiprinātāja lidaparāta stiprinājumiem. Pēc abu posmu tvertņu piepildīšanas ar petroleju un šķidro skābekli, Vyuga AKS var sākt strādāt.
Sistēmas darbības pirmais posms prasa pārvadātāja gaisa kuģa apkalpes pareizu darbību. IL-76 ar "Blizzard" elementiem uz fizelāžas vajadzētu pacelties 10 km augstumā un ar vēlamo kursu doties uz raķešu sistēmas palaišanas zonu. Turklāt tiek ierosināts atvienot, pēc tam pirmajam posmam vajadzētu attālināties no nesēja un ieslēgt šķidruma dzinēju. Savukārt pārvadātāja lidmašīna iegūst iespēju atgriezties savā lidlaukā. Turpmākais lidojums tiek veikts pakāpeniski neatkarīgi un izmantojot mūsu pašu vadības sistēmas.
Pirmajā posmā ir degvielas padeve, kas nepieciešama motora darbināšanai 185 sekundes. Šajā laikā orbītas posms tiek paātrināts, paceļoties noteiktā augstumā. Ar pirmā posma palīdzību Vyuga AKS vajadzētu pacelties 96 km augstumā un novest orbitālo posmu līdz vajadzīgajai trajektorijai. Pēc degvielas beigām orbitālā stadija tiek izlaista. Orbītas posms turpina virzīties pa noteikto trajektoriju, savukārt pirmajam ir jāiet uz plānošanu un jāiziet kurss uz nosēšanās vietu. Samazinot un palēninot ātrumu, pirmajā posmā galu galā ir jānosēžas ar esošo šasiju, izmantojot "lidmašīnas" metodi. Pēc nolaišanās uz skatuves var tikt veikta nepieciešamā apkope, kas ļauj to atkal izmantot.
Orbitālās stadijas vispārējs skats
Pēc atdalīšanas orbītas stadijā jāiekļauj savs dzinējs un jāveic izeja uz noteiktu orbītu. Pie pilnas kravnesības dzinēju iespējams darbināt 334 sekundes ar pacelšanos orbītā ar 200 km augstumu. Pēc nokļūšanas orbītā ar nepieciešamajiem parametriem lietderīgā slodze zinātniskā aprīkojuma vai cita aprīkojuma veidā var sākt savu darbu. Pabeidzot uzticētos uzdevumus, orbītas posms var atgriezties uz Zemes.
Deorbēšanai tiek piedāvāts izmantot bremzēšanas impulsu, kas orbitālo posmu pārnes uz nosēšanās trajektoriju. Ar termiskās aizsardzības un racionalizētā korpusa palīdzību skatuve bez riska nonāk blīvos atmosfēras slāņos un iziet nosēšanās zonā. Noteiktā augstumā tiek piedāvāts atvērt izpletni, kas ir atbildīgs par aparāta mīksto nosēšanos. Nosēšanās "lidmašīnai līdzīga" nav paredzēta tehnisku un ekspluatācijas apsvērumu dēļ. Pēc nosēšanās tehniķi var sākt strādāt ar lietderīgo kravu. Turklāt plānots veikt orbītas posma apkopi ar vēlāku sagatavošanos jaunam lidojumam.
Līdzīgs algoritms Vyuga AKS izmantošanai tiek piedāvāts zinātniskai lietošanai. Turklāt tiek apsvērta iespēja šādu tehnoloģiju izmantot bruņoto spēku interesēs. Šajā gadījumā kosmosa sistēma, nevis orbītas posms, var saņemt kaujas aprīkojumu ar nepieciešamajām īpašībām. Tomēr šīs kompleksa versijas precīzie parametri vēl nav noteikti. Šobrīd tiek apsvērta tikai iespēja izveidot "Blizzard" kaujas versiju un tiek noteiktas iespējamās tās pielietošanas jomas.
Vyuga AKS kaujas versija var būt trieciena sistēmas nesējs vai līdzeklis ienaidnieka kosmosa kuģa pārtveršanai. Pēdējā gadījumā var iegūt augstu kaujas darba efektivitāti, ko nodrošina iespēja diezgan vienkārši izvietot kaujas aprīkojumu orbītās ar dažādiem parametriem. Tomēr šādu ideju īstenošana var būt saistīta ar zināmām grūtībām. Pirmkārt, grūtībām jābūt saistītām ar kravas masas ierobežojumiem. Pat pilnīga orbitālās stadijas nomaiņa ar īpašu kaujas sistēmu neļaus izveidot produktu, kas sver vairāk nekā vairākas tonnas.
Orbitālais posms, skats no apakšas, apakšā nav parādīts. Balts ir korpuss, zils ir degvielas tvertnes, sarkans ir dzinējs, oranžs ir izpletņa nodalījums, pelēks ir kravas nodalījums
Ierosinātā kosmosa sistēmas arhitektūra ļauj iegūt dažas priekšrocības salīdzinājumā ar citiem līdzīga mērķa kompleksiem. Projekta Vyuga galvenās priekšrocības, kas var dot ievērojamu pozitīvu ekonomisko efektu, ir esošo pārvadātāju lidmašīnu izmantošana (tomēr tām ir vajadzīgas ievērojamas izmaiņas), kā arī atdodamās raķešu pakāpes. Pirmās un orbitālās pakāpes vairākkārtējas izmantošanas iespēja uzliek īpašas prasības to konstrukcijai, galvenokārt dzinēju īpašībām, bet var ievērojami samazināt atsevišķu palaišanas izmaksas.
Projekta otrā raksturīgā priekšrocība ir "piesaistes" neesamība esošajām kosmosa ostām. Vyuga AKS palaišanas paliktnis faktiski var būt jebkurš lidlauks, kas spēj uzņemt Il-76 transporta lidmašīnas un kuram ir noteikts aprīkojuma komplekts darbam ar raķešu sistēmām. Pateicoties tam, lietderīgās kravas palaišanu orbītā var veikt gandrīz no jebkuras vietas uz planētas. Rezultātā tiek nodrošināta salīdzinoši vienkārša lietderīgās kravas palaišana orbītā ar nepieciešamo slīpumu.
Saskaņā ar pieejamajiem datiem patlaban uzņēmuma Lin Industrial aviācijas un kosmosa sistēmas projekts paliek sākotnējo pētījumu stadijā. Projekta vispārīgās iezīmes ir noteiktas, bet tehniskā dokumentācija vēl nav izstrādāta. Ir informācija, saskaņā ar kuru projekta Vyuga provizoriskā versija nav saņēmusi apstiprinājumu no klienta, kurš uzsāka tā izstrādi, un tāpēc palika bez finansējuma. Pēc izstrādātāja aplēsēm, pētniecības darba pirmajam posmam nepieciešams finansējums 3,2 miljonu rubļu apmērā. Turpmākajam darbam būs nepieciešami jauni ieguldījumi. Tajā pašā laikā vēl nav noskaidroti aprēķini par projekta pabeigšanai nepieciešamo laiku un finanšu izmaksām.
Jāatzīmē, ka Vyuga AKS projekts nav pirmā šāda veida vietējā attīstība savā klasē. Darbs šajā virzienā mūsu valstī sākās jau pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados, un to veica vairākas OKB-155 vadītās organizācijas. Spiral projekta mērķis bija izveidot kompleksu, kas spēj izmantot hiperskaņas pastiprinātāju, pastiprinātāja bloku utt. riņķo lidmašīnā, lai orbītā palaistu lietderīgo kravu. Gatavo kompleksu "Spirāle" varētu izmantot dažādiem mērķiem, galvenokārt militārajā jomā.
Aviācijas un kosmosa sistēmas Vyuga izmantošanas shēma
No sešdesmito gadu beigām līdz septiņdesmito gadu vidum tika uzbūvēti vairāki perspektīvas tehnoloģijas prototipi, kas tika izmantoti dažādos testos. Jo īpaši BOR sērijas transportlīdzekļi veica vairākus suborbitālos un orbitālos lidojumus. Testiem atmosfērā tika izmantota lidmašīna MiG-105.11. Pēc testu pabeigšanas darbs pie Spiral projekta tika pārtraukts. Klients jauno Energia-Buran projektu uzskatīja par daudzsološāku. Daži prototipi, kas būvēti spirāles programmas ietvaros, vēlāk kļuva par muzeja eksponātiem.
Kopš astoņdesmito gadu sākuma NPO Molniya ir izstrādājusi projektu Multipurpose Aerospace System (MAKS). Tika ierosināts šajā sistēmā iekļaut lidmašīnu An-225 un lidmašīnu ar orbitālu ar papildu degvielas tvertni. Atkarībā no konfigurācijas MAKS komplekss varētu nogādāt 7 vai 18 tonnas derīgās kravas orbītā. Tika ņemtas vērā gan automātiskās kravas, gan apkalpes sistēmas versijas.
Deviņdesmito gadu sākuma problēmu dēļ darbs pie projekta MAKS tika pārtraukts. Tikai 2012. gadā tika saņemtas ziņas par iespējamu darba atsākšanu un kompleksa mūsdienīgas versijas izveidi. Turklāt tika minēta iespēja pabeigt esošo projektu, izmantojot citas pārvadātāju lidmašīnas utt. Cik zināms, kopš tā laika atjaunotā MAKS projekta gaitā nav gūti īpaši panākumi.
Privātā raķešu un kosmosa kompānija "Lin Industrial" šobrīd veido jaunu daudzsološa kosmosa kompleksa versiju, kas spēj atrisināt dažādas zinātniskas un cita rakstura problēmas. Līdz šim ir izstrādāts sistēmas vispārējais izskats un noteiktas tās galvenās iezīmes, īpašības utt. Tomēr finansējuma trūkuma dēļ darbs vēl nav spējis virzīties tālāk. Laiks rādīs, vai attīstītājs uzņēmums atradīs investoru un vai tas spēs praktiski īstenot interesantu projektu. Ja projektam AKS "Vyuga" izdosies sasniegt vismaz testus ar orbītas stadijas palaišanu kosmosā, tas būs liels panākums visai pašmāju kosmosa nozarei - gan publiskai, gan privātai. Tomēr tas vēl ir tālu no šādiem panākumiem: projektam joprojām ir nepieciešams ilgs attīstības turpinājums.
