ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат проведения научно-исследовательской работы.

Гиперзвуковой летательный аппарат (ГЛА) имеет максимально интегрированную компоновку, в которой корпус ЛА является одновременно топливным баком с максимальным отношением объем/площадь, несущей поверхностью, воздухозаборником и соплом (трактом двигателя).

В результате анализа различных компоновок, сочетающих оптимальные свойства с точки зрения многих требований, предъявляемых к ЛА, летающих в атмосфере и в космосе, появилась следующая схема. Аппарат представляет собой эллипсоид вращения (диск). Нижняя часть диска спрофилирована таким образом, чтобы проекция диска в профиль представляла контур прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) внешнего горения, т.е. передняя часть - воздухозаборник, задняя часть - сопло внешнего расширения. С точки зрения размещения топлива - это самая оптимальная форма после сферы. С точки зрения аэродинамики полета в атмосфере такое профилирование воздушного тракта двигателя принято как оптимальное для большинства перспективных гиперзвуковых ПВРД (ГПВРД). Форма диска, уже многократно проверенная как форма ЛА, хорошо зарекомендовала себя с точки зрения устойчивости в полете, а также, являясь не только вместителем топлива, но и планером одновременно, она обеспечивает аэродинамическую подъемную силу подобно самолету и возможность пространственного маневра. Кроме того, это единственная наиболее удобная форма для создания искусственной гравитации на борту космического корабля за счет центробежных сил, что очень желательно при длительных полетах в космос.

С учетом этого, используя современные технологии производства ЛА, можно достичь следующих показателей:

удельный импульсIуд=6500-7500м/c, что гораздо выше всех существующих маршевых ракетных двигателей (РД);

число Циолковского = М _н/М _к = 0,25,что позволит выходить на околоземную орбиту.

Использование простой технологии изготовления и дешевое топливо позволит снизить затраты по выведению до $50 за 1кг полезной нагрузки (ПН). Это откроет возможность широкого внедрения в космические проекты различных бизнес - проектов. Сделав такой аппарат многоразовым, полеты в космос будут происходить достаточно регулярно. Возможность взлета с аэродрома удешевит и упростит предстартовый и послепосадочный комплекс до минимума. По сути такой ЛА является обычной крылатой ракетой или ракетопланом с ракетно-прямоточным двигателем (РПД) внешнего горения, только непривычной для ракет формы, которая обусловлена минимумом массы и удобством спуска и маневра (а также в случае использования твердотопливных зарядов и большого технологического преимущества).

За базовые принято две компоновки: «салон снаружи» и «салон внутри». Салон снаружи является более дорогим в разработке, но и более экономически выгодным проектом. Схему «салон внутри» можно реализовать прямо сейчас при небольших затратах на разработку и отработку двигателя. Салоном может служить уже используемый и даже уже летавший СА от кораблей «Восток», «Восход», «Союз». Эта схема также является более простым и легким (в стартовом смысле) вариантом, т.к. отпадает необходимость в теплозащите салона.

За базовый вариант предлагается взять твердотопливный двигатель (РДТТ). Он проще, дешевле, надежнее и безопаснее жидкостного. Опять же продукты газогенерации получить и дожечь в воздухе проще, чем организовать горение жидкого топлива в потоке. Это должен быть многорежимный твердотопливный двигатель (он же газогенератор), который на старте работает как разгонный РДТТ с эжектором и догоранием в воздухе, затем как газогенератор на траектории разгона и далее - как доразгонная ступень РДТТ (в случае если не хватит скорости, либо в случае необходимости маневра).

На РДТТ проще будет отработать всю схему ЛА. Заряд твердого топлива удобнее в обращении чем жидкое топливо, безопаснее. Конструкция РДТТ упростит задачу теплозащиты корпуса ЛА и облегчит сам ЛА.

Рассматривается два варианта применения такого ЛА: гражданский (коммерческий), военный.

При низких удельных затратах по выведению полезной нагрузки на орбиту или на суборбитальную траекторию можно будет отказаться от обычных ракет - носителей при выполнении коммерческих и научно - исследовательских запусков. Станет возможен в больших масштабах космический туризм. Доступность полета в космос переведет человечество на новый этап развития и сознания. Во первых прибыльность от космических проектов (того же туризма) привлечет большое количество спонсоров в эту отрасль и заставит их вкладывать деньги в развитие космической индустрии сначала развлечений, а затем и в развитие инфраструктуры космической и земной промышленности и энергетики.

Военный вариант использования такого типа ЛА позволит стране, располагающей им, иметь свое присутствие в любой точке мира максимум через 30 мин после возникновения такой необходимости. С точки зрения служб спасения - это самый быстрореагирующий вариант из имеющихся сегодня в мире. Возможность взлета с любой точки поверхности, а не только со специальных устройств или шахт, делает неуязвимым этот вид техники на земле. Высокая маневренность и скоростные характеристики, которые может иметь такой ЛА делает неуязвимым его в полете, что особенно важно при преодолении средств противоракетной обороны (ПРО).

Тактико-технические характеристики такого ЛА позволят парком в несколько десятков таких ЛА заменить все стоящие сегодня на вооружении стратегические ракеты всех видов базирования, что многократно удешевит и упростит как содержание стратегических сил, так и их комплектацию, повысив при этом их эффективность и мобильность. Возможность нанесения как превентивных (необязательно ядерных) так и ответных массированных ударов с высокой степенью точности и неуязвимости от всех типов военных сил противника, при одновременной возможности контролировать его реакцию, расширит возможности государства, имеющего такое оружие, во внешней политике.

Двигательная установка ЛА представляет собой многорежимный ракетный прямоточный двигатель (РПД). Основными частями РПД являются: емкости хранения топлива (баки), газогенератор, воздухозаборник, камера (тракт) догорания и сгорания, сопло внешнего расширения.

С целью минимизации массы конструкции двигатель и корпус планера ЛА интегрированы в общую компоновку. Тракт двигателя находится на нижней поверхности ЛА и имеет распространенную для ГЛА компоновку, где передняя часть ГЛА выполняет функцию воздухозаборника, задняя часть - сопла.

Т.к. сопло внешнего расширения имеет авторегулируемость по всем режимам полета и обладает минимальной массой, то с целью его максимальной интегрированности с конструкцией планера ЛА его форма является внешним обводом задней части ЛА. По сути для такого вида ЛА уже трудно говорить о планере или двигателе как таковых. При такой компоновке, когда одно является неотъемлемой частью другого, нужно говорить о ЛА как о едином целом, части которого обладают определенными свойствами и деление производить по свойствам этих частей или по задачам, которые они выполняют. Например, несущий корпус - двигательная установка и салон с полезной нагрузкой или грузопассажирский отсек.

Топливо, используемое в таком ЛА должно обладать оптимальными свойствами не только по энергетическим характеристикам, но и по удобству хранения, транспортировки, производства, скорости заправки, удобству эксплуатации заправленного ЛА, безопасности, надежности работы, применяемых конструкционных (с точки зрения удобства размещения, совместимости и воздействия на материалы) характеристик, стоимости, доступности и т.п.

Существует два варианта организации горения в сверхзвуковой струе. Первый - впрыск топлива в разогретый за счет сжатия воздушный поток с последующим самовоспламенением и сгоранием в достаточно протяженной камере сгорания, что обусловлено временем процесса горения. Второй - горение в скачке уплотнения или в ударной волне, которая возникает на специально образованных на теле ЛА препятствиях. В этом случае горение идет в узком слое за ударной волной. Но для этого надо предварительно подготовить хорошо перемешанную смесь. При набегании топливовоздушной смеси на препятствие со сверхзвуковой скоростью при достаточном разогреве в скачке (определенном М) происходит детонация (мгновенное сгорание) смеси. Эксперименты на водородно-воздушных смесях показали хорошие результаты. На продуктах неполного сгорания твердого топлива (газогенерации) возможно аналогичное воспроизводство результатов, т.к. в этом случае детонационное горение можно организовать уже на малых скоростях и даже на нулевой. Для этого в тракте двигателя сразу за воздухозаборником надо сделать блок сопел, истечение газа из которых происходит со сверхзвуковой скоростью. Далее по тракту перед соплом ставятся клиновые препятствия (внутри которых можно расположить дополнительные сопла - типа дежурного факела), на которых за счет скачков уплотнения происходит догорание продуктов газогенерации перемешанных с воздухом. С целью регулирования тракта ДУ его можно сделать открытым (частично открытым) или внешним.

Закон горения топлива в РДТТ должен быть согласован с внешнебаллистическими характеристиками ЛА - с изменением скорости по высоте.

Управление ЛА в полете по всем осям предполагается осуществить с помощью небольших сопел (дополнительных малых двигателей), расположенных по плоскостям управления. Это обеспечит высокую маневренность ЛА, а также независимость управляющих органов от скорости полета и наличия среды.