С океанской поверхности в космос. Когда экранопланы станут выводить многоразовые космические челноки на околоземную орбиту

boroda 29.04.2024 9

В избранноеВ избранномRemoved 3

Если взять ответ на вопрос, указанный в заголовке. То лично я думаю, что никогда. Однако проект, всё же думаю, многим будет интересен. Автор 3-D модели, почему-то решил, что он был создан во времена СССР. Но это не так, проект создан уже после развали СССР и достаточно глубоко проработан профессионалами-инженерами.

Известно, что запуск космических аппаратов из экваториальных широт позволяет значительно снизить затраты на вывод в космос полезной нагрузки. Например, при переносе космических запусков из России, в экваториальные районы величина полезной нагрузки, выводимой теми же ракетами-носителями, увеличивается в 1,7-2 раза.

Данное обстоятельство является серьезной предпосылкой для использования Мирового океана в интересах запуска перспективных космических систем.

Пример такого использования, совсем недавно успешно работавший международный морской плавучий ракетно-космический комплекс «Морской старт» (Россия, США, Украина, Норвегия), который был предназначен для запуска традиционных ракет-носителей, по минимальной цене.

Однако наиболее заманчивые перспективы, в удешевлении космических запусков, эксперты связывают с созданием многоразовых аэрокосмических самолетов, типа американского «Шаттла» или нашего «Бурана», для их запуска стандартным образом со специальной плавучей платформы, аналогичной той что использовалась при «Морском старте». При этом для возврата таких кораблей, рассматривается посадка на соответствующую сухопутную взлетно-посадочную полосу. Правда это трудно обеспечить в экваториальных широтах, что неизбежно приведёт к тому что старт и посадка будет в разных, достаточно удалённых друг от друга местах.

Тогда у нас в стране появилась идея в качестве платформы для старта, и посадка многоразовых космических аппаратов использовать специальный экраноплан. При старте, он должен стать первой ступенью космического аппарата. А при посадке, он должен иметь возможность разгоняться до скорости посадки космического шаттла, чтобы тот садился на него по сути неподвижно, производя стыковку, по типы дозаправки самолётов в полёте.

Для реализации подобного проекта рассматриваются экранопланы с большой взлетной массой (от 1500 до 2000 т) и многоразовые космические челноки массой 600 — 800 т. Но их создание дело достаточно сложное и судя по всему является достаточно отдаленной перспективой. В более-менее обозримой перспективе, решение проблемы горизонтального старта и посадки с поверхности океана могут быть реализованы на основе экранопланов массой до 750 т и шаттлов массой до 300 т.

Как показывают проведенные проектные, теоретические и экспериментальные исследования, горизонтальный морской старт и посадку многоразовых космических кораблей с использованием экранопланов способен обеспечить доставку полезной нагрузки на низкие и экваториальную орбиты.

Данная идея возникла в самом начале века, в 2001 году. И проект системы для запуска многоразовых космических кораблей был опубликован кандидатом технических наук из ЦНИИ им.Крылова Э.А. Афрамеевым в журнале «Вестник авиации и космонавтики» №4 от 2001 года. Там же был обнародован эскизный чертёж системы экраноплан-челнок:

Там же были указаны некоторые характеристики техники необходимой для реализации проекта.

Так, Экраноплан выполнен по схеме «составное крыло» с двумя корпусами-фюзеляжами аналогично судам катамаранного типа. В его носовой части расположены двигатели, отходящие газовые струи которых при взлете экраноплана и в процессе взлета-посадки шаттлов направляются специальными дефлекторами под центральное крыло, создавая тем самым экраноплану дополнительную подъемную силу и не воздействуя на космический корабль. Он способен осуществлять длительное движение по воде в водоизмещающем режиме.

Космический челнок располагается на центральном крыле. Для облегчения взлёта и посадки шаттла хвостовая часть экраноплана выполнена разрезной, с двойным вертикальным оперением.

Что касается шаттла, то воздушно-космический самолет разработки Военного инженерно-космического университета имени А.Ф.Можайского представляет собой двухступенчатую авиационно-космическую систему, состоящую из пилотируемого сверхзвукового самолета (разгонной ступени) и пилотируемой орбитальной ступени с отсеком для размещения полезной нагрузки, выводимой на орбиту. Аэродинамическая схема челнока – дельтаплан.

При проектировании планера челнока особое внимание уделялось как интеграции крыла, фюзеляжа и двигательных установок самолета разгонщика и орбитальной ступени, так и взаимному расположению ступеней. Форма самолета обеспечивает размещение второй ступени в полузатопленном положении снизу.

Благодаря такой компоновке обеспечивается возможность одновременной работы двигательных установок обеих ступеней непосредственно со старта, что значительно повышает тяговооруженность комплекса на начальном участке полета. Кроме того, снижается общее лобовое сопротивление за счет уменьшения поверхности трения и снижения индуктивного сопротивления элементов конструкции, а также уменьшаются интегральные тепловые потоки на гиперзвуковых скоростях полета.

Нижнее положение второй ступени позволяет значительно упростить комплекс монтажно-стыковочного оборудования для предстартовой подготовки космического корабля, так как отпадает потребность в мощных подъемных кранах, необходимых для монтажа второй ступени. Стыковка ступеней челнока может производиться «надвиганием» разгонной ступени на орбитальную ступень с последующим подъемом последней в нишу фюзеляжа разгонной ступени. Такая операция возможна на судне-доставщике или даже на экраноплане-разгонщике-приемщике непосредственно в море.

В перспективе возможно создание космических кораблей в виде одной ступени массой до 300 т с жидкостными реактивными двигателями.

Испытания комплекса «экраноплан — челнок» в состыкованном состоянии в аэродинамической трубе показали, что установка космического корабля-самолёта на экраноплан приводит к несущественному (порядка 5%) падению коэффициента подъемной силы экраноплана в рабочем диапазоне углов атаки и высот его движения над подстилающей поверхностью. Значительно более существенно изменяется коэффициент сопротивления, возрастание которого может составить до 25-30%. Соответственно снижается общее аэродинамическое качество всей системы. При этом падение качества на малых высотах полета над экраном относительно меньше.

Модели разных типов многоразовых челноков для «Морского старта»:

Ввиду 2 — 2,5-кратного резервирования тяги экраноплана в режиме полета, его энергоустановка при любых условиях обеспечивает функционирование комплекса.

Наличие щелевой протоки между нижней поверхностью космического челнока и верхней поверхностью центрального крыла экраноплана и взаимная аэродинамическая интерференция отдельных их конструктивных элементов обуславливают особенности полета корабля-самолёта вблизи экраноплана. Так, на малых удалениях от экраноплана подъемная сила шаттла достаточно велика благодаря «экранному» эффекту, однако при продолжении удаления имеет место «провал» по подъемной силе, поскольку в начальный период отделения падение коэффициента подъемной силы не компенсируется увеличением скорости космического корабля.

Коэффициент силы сопротивления челнока существенно зависит от взаимного расположения энергетической установки экраноплана и шаттла. При малых удалениях последнего коэффициент сопротивления снижается как за счет экранного эффекта, так и из-за торможения потока в вихревом следе двигателей экраноплана.

Результаты экспериментов по взлету и посадке летательных аппаратов на движущийся экраноплан, полученные на пилотажном стенде как с помощью инструментальных измерений, так и по оценкам пилота-испытателя, подтверждают возможность управления совместным движением экраноплана и летательного аппарата на всех стадиях этого процесса. Наиболее сложным для пилота является управление космическим кораблём-самолётом по высоте над экранопланом, требующее знания достаточно точных значений этой высоты.

Однако, для этой процедуры будет использоваться многомерная цифровая система автоматического управления.

В начале 21 века техническая реализуемость проекта «Морской старт» требовала проведения оценки его экономической целесообразности и перспективности. А так как об этом проекте сегодня ничего не слышно, то видимо его реализация оказалась по цене запредельной и в нашей стране пошли по пути создания традиционного космодрома. По этой же причине, судя по всему проект никого из частных инвесторов не заинтересовал. Хотя в теории его реализация возможно. Однако для этого нужно создать хотя бы один из компонентов системы. Например – экраноплан. Только тогда инвесторов такой проект может заинтересовать.

Ну и в заключение предлагаю вам оценить визуализацию этого проекта, выполненную нашим коллегой Андреем Станавовым: