Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США - Разработка перспективных технологий (Часть 5)

Разработка перспективных технологий (Часть 5)

Концепция двухрежимного ПВРД была предложена в начале 1970-х годов специалистами Лаборатории прикладной физики APL (Applied Physics Laboratory) Университета Джонса Хопкинса; в настоящее время эта организация является техническим консультантом проекта HyFly. Непосредственной разработкой двигательной установки занимается фирма «Aerojet», головным подрядчиком по программе HyFly опять-таки стала компания «Boeing Phantom Works».

В соответствии с подписанным весной 2002 г. контрактом стоимостью 92,4 млн долл. корпорация «Boeing» должна к 2005—2006 гг. подготовить к летным испытаниям 11 опытных образцов ракеты HyFly. Для разгона изделия до скорости включения маршевого двигателя должны использоваться твердотопливные ускорители. Длина ракеты, оснащенной небольшими стабилизаторами, ограничена 4,27 м, диаметр — 0,48 м, масса боевой части оценивается в «несколько сотен фунтов».

Ударная система HyFly проектируется в двух модификациях: морского базирования (на надводных кораблях и подводных лодках) и воздушного старта с самолетов F-18. В первом случае ее длина вместе с разгонным блоком составит 6,5 м, стартовая масса — 1,72 т, а дальность действия — 1100 км; для второго варианта эти параметры определяются 4,65 м, 1т и 720 км соответственно.

Ракета HyFly должна комплектоваться системой наведения по сигналам со спутников GPS. Кроме того, предусматривается канал радиосвязи для оперативного изменения полетного задания уже после запуска изделия.

^{Запуск ракеты HyFly с корабля}

Значительную часть полученных по контракту средств (43 млн долл.) корпорация «Boeing» передала фирме «Aerojet» на поставку двигателей для ракеты HyFly. Объем заказа составил 14 изделий, часть из которых предназначаются для стендовой отработки.

В связи с жесткими габаритными ограничениями маршевый двигатель полностью интегрирован в цилиндрический корпус ракеты. ПВРД, работающий на углеводородном горючем JP-10, оснащается цилиндрическим шестисекционным воздухозаборником, два канала которого направляют воздух в центральную дозвуковую камеру, остальные обеспечивают за этой камерой периферийное сверхзвуковое горение.

Летом 2002 г. в высокоскоростной аэродинамической трубе Центра Лэнгли была успешно проведена серия продувок полномасштабной модели ракеты с экспериментальной силовой установкой. Входе испытаний, выполнявшихся при свободном обтекании модели, двигатель развил тягу, соответствующую расчетной, и продемонстрировал устойчивую работу при скорости набегающего потока М = 6—6,5 и при изменении угла атаки в пределах 0—5°.

Опытный образец двигателя не имел системы охлаждения и изготавливался из никелевого сплава. Основным конструкционным материалом для штатного изделия станут матричные композиты из керамики; число сборочных узлов не должно превысить десяти элементов. Сама ракета HyFly должна иметь цельнолитый титановый корпус. Подобная технология отрабатывается Управлением DARPA для ракет ARRMD.

На следующем этапе фирма «Aerojet» планирует провести контрольные испытания двухрежимного ПВРД при запусках высотных ракет. По их результатам будет санкционировано начало демонстрационных полетов разрабатываемой системы.

Запуски экспериментальных ракет HyFly предполагается осуществлять с борта самолета F-4 на высоте 10 км и при скорости полета М = 0,85. Первые три испытания отводятся отработке системы сброса ракеты и оценке работоспособности разгонных блоков. В последующем ракета HyFly убудет совершать самостоятельные полеты с постепенным увеличением скорости с М=4 до М=6 на высоте 27 км. При нескольких стартах намечается провести испытания отделения от ракеты боевой части.

Высокий приоритет и технический риск, которыми отличаются проекты ARRMD и HyFly, не умаляют значимости стоимостных показателей создаваемых ударных систем. Экономическим аспектам разработки и эксплуатации перспективных силовых установок ракет различного назначения уделяется военными специалистами все большее внимание.

Значительные успехи в решении данной проблемы были достигнуты в рамках проекта «Scorpius» («Скорпион»), предусматривающем создание кислородно-керосиновых ЖРД упрощенной конструкции. В ходе реализации этого проекта, выполняемого компанией «Microcosm» по заказу Лаборатории AFRL и Управления противоракетной обороны BMDO (Ballistic Missile Defense Organisation), разрабатываются жидкостные ракетные двигатели, по затратам сопоставимые с РДТТ.

Так, например, стоимость таких ЖРД тягой 2,26 т определена в 5000 долл. Столь низкие затраты обеспечиваются за счет изготовления камеры сгорания и сопла из композиционных материалов на основе углеродной ткани, а использование при этом абляционной теплозащиты в сочетании с пленочным охлаждением корпуса позволяет отказаться от дорогостоящей регенеративной системы.

Объемы финансирования программы «Scorpius» со стороны военного ведомства после некоторого всплеска в 1998 г. (10 млн долл.) в последнее время находятся на уровне 5 млн долл. в год. В соответствии с заключенными контрактами, компания «Microcosm» должна спроектировать целое семейство типовых ЖРД тягой 9 т, 36 т и 145 т. К 2004 г. фирма изготовила и провела стендовые испытания свыше трех десятков двигателей тягой от 2,26 т до 18 т.

На базе ЖРД «Scorpius» компания «Microcosm» планирует создать несколько дешевых высотных ракет, а позднее и несколько ракет-носителей, которые при стоимости запуска в 1,5—2,5 млн долл. позволили бы выводить на низкие околоземные орбиты грузы массой до 300 кг.

(Существенного сокращения затрат предполагается также добиться за счет широкого использования в конструкции ракет композиционных материалов. Компания пытается освоить соответствующие технологии даже для производства баков жидкого кислорода — такие емкости на порядок дешевле и на 60% легче алюминиевых аналогов. Опытный образец криогенного бака, изготовленного из углепластика без металлического армирования, был испытан в июне 2000 г. при запуске высотной ракеты.)

По опубликованным данным, стоимость высотной ракеты SR-S (Sounding Rocket-Small), оснащенной двигателем тягой 2,26 т, оценивается в 99 тыс. долл., ракеты SR-1, укомплектованной двумя такими ЖРД, составит 295 тыс. долл.

Ракета-носитель «Mini-Lift» стоимостью 875 тыс. долл. рассчитывается на выведение на низкую орбиту грузов массой 100 кг, ракета «Sprite» — на запуски спутников массой 317 кг. Грузоподъемность четырехступенчатой ракеты «Liberty Light Lift» должна составить 1 т. В составе последней транспортной системы с общей массой 71,7т предполагается использовать семь типовых ракетных блоков, каждый из которых комплектуется семью двигателями «Scorpius». Ракета «Exodus Medium Lift» стоимостью 8,5 млн долл. должна обеспечить выведение в космос грузов массой до 6,8 т.

Несмотря на определенные технические проблемы и связанные с ними отсрочки, компания «Microcosm» постепенно воплощает свои планы. В январе 1999 г. состоялся успешный запуск ракеты SR-S, а в марте 2001 г. ракеты SR-1, также имеющей обозначение SR-XM. Запуск последней модели, рассчитанной на достижение высоты 160 км с грузом массой 450 кг, выполнялся по заказу Управления DARPA (в ходе полета проводились испытания экспериментальных блоков с микродвигателями).

На 2005 г. запланирован повторный старт ракеты SR-1. В целях привлечения заказчиков, в первую очередь из военного ведомства, он будет финансироваться из средств разработчика. Затем должен последовать полет высотной ракеты SR-2 с двигателем тягой 9,1 т.

К первому космическому запуску, вероятно, будет готовиться трехступенчатая ракета «Sprite», поскольку эта транспортная система высотой 15 м привлекла внимание руководство программы ORS, имеющей задачу создание средств оперативного запуска малых спутников. Стоимость реализации проекта «Sprite» в течение трех лет оценивается в 90 млн долл.

Прогресс в области электроники и механических устройств позволяет существенно снизить массу космических аппаратов. Прогнозы развития спутниковых систем военного назначения допускают развертывание в ближайшем будущем различных орбитальных группировок, состоящих из 40—200 спутников массой до 100 кг.

^{Ракета-носитель Sprite}

Учитывая подобные тенденции, сразу несколько военных организаций приступили к проектным исследованиям по средствам выведения и межорбитальной транспортировки аппаратов такого класса.

По пути максимального использования имеющегося научно-технического задела пошли специалисты Лаборатории AFRL. В рамках программы MSLV («MicroSatellite Launch Vehicle» — «Ракета для микроспутников») ими изучаются возможности запуска ракеты-носителя с борта истребителя F-15E — подобная авиационно-космическая система была успешно испытана в середине 1980-х годов при отработке противоспутникового оружия. Созданные тогда по программе ASAT («AntiSatellite») двухступенчатые ракеты ASM-135 имели массу 1,18 т.

Для выведения КА проектируется трехступенчатая ракета длиной 6,7 м и диаметром 1,27 м. При стартовой массе 4,53 т такая транспортная система обеспечит выведение на орбиту высотой 225 км спутников массой 100 кг; размеры отсека полезного груза определяются диаметром 76 см и длиной 91 см, что примерно соответствует габаритам типового спутника видовой разведки с низким разрешением.

Базирование истребителя F-15E на обычных аэродромах позволит производить запуски в течение 48 час. После взлета и дозаправки над океаном самолет начнет подъем; ракету-но-ситель предполагается отделять на высоте 11,6 км при скорости М = 1,7.

Несмотря на то что проект MSLV находится на стадии концептуальной проработки, в 2005 г. планируется провести контрольные полеты истребителя с макетом ракеты.

<<<Назад Страница 24 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz