Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США

Аппарат «DELTA CLIPPER»

Проблемы, возникшие при реализации проекта NASP, уже ' к началу 1990-х годов^выявили невозможность создания в ближайшее время одноступенчатой МТКС самолетного типа. Но продолжавшиеся работы по программе СОИ по-прежнему предусматривали наличие оперативного и дешевого средства выведения многочисленных спутников систем наблюдения и перехвата баллистических ракет.

В 1990 г., приступив к выполнению проекта SSRT («Single Stage Rocket Technology» — «Технологии для одноступенчатой МТКС»), Управление по программе СОИ (УСОИ) заключило с четырьмя промышленными компаниями контракты на подготовку предложений по новой транспортной системе. В ходе проводившихся исследований подрядчиками было рассмотрено несколько схем будущей МТКС. Среди традиционных ВКС один вариант отличался новизной: компания «McDonnell Douglas» предлагала аппарат ракетного типа с вертикальным стартом и вертикальной посадкой.

Транспортная система «Delta Clipper» грузоподъемностью 10 т на низкой орбите представляла собой четырехгранный конус высотой 38,7 м. Старт изделия массой 458 т обеспечивают восемь кислородно-водородных ЖРД, четыре из которых оснащаются сопловыми насадками для повышения эффективности в условиях разреженной атмосферы. После выполнения орбитальных операций аппарат осуществляет вход атмосферу «носом вперед». Для обеспечения необходимой маневренности с боковым отклонением до 3000 км на аппарате используются четыре щитка, смонтированные в кормовой части. На заключительном этапе спуска изделие совершает разворот для вертикальной посадки «кормой вперед». Мягкое приземление должны обеспечить маршевые ЖРД, работающие в глубоко дросселированном режиме (15—20% от номинала).

Послеполетное обслуживание и предстартовая подготовка аппарата «Delta Clipper» будут выполняться в вертикальном положении. Отсек полезного груза с габаритами 4,57x4,57x6,7м проектируется как съемный элемент конструкции, позволяющий проводить работы с выводимыми объектами параллельно с самой МТКС. Для доставки в космос астронавтов должен использоваться отдельный обитаемый модуль.

При численности технического персонала в 100 человек продолжительность подготовки аппарата «Delta Clipper» к новому полету не превысит 3 дней. Столь существенного снижения объемов работ предполагалось добиться за счет широкого использования на изделии систем диагностики и автоматического контроля за состоянием бортового оборудования.

Поскольку стоимость наземного обслуживания обычно составляет около 45% от всех расходов на осуществление запуска ТКС, то общие затраты на текущую эксплуатацию аппарата «Delta Clipper» будут незначительными. В зависимости от интенсивности полетов удельная стоимость выведения грузов этой системой тогда определялась в пределах 250—2500 долл./кг. Поэтому ключевым элементом проекта должно было стать освоение новых экономичных методов обслуживания транспортных систем, которые позволили бы по затратам приблизиться к показателям, принятым в авиации.

Несмотря на необычность схемы эксплуатации, аппарат «Delta Clipper» отличался от других вариантов рядом важных преимуществ. В частности, простотой аэродинамической формы, хорошо изученной при создании головных частей МБР. При этом конусообразный вид характеризуется пониженными тепловыми нагрузками при спуске с орбиты: максимальная температура на носке не должна превышать 1430 °С, что примерно на 200° ниже уровня нагрева носка и передних кромок орбитального корабля МТКС «Спейс Шаттл».

Также в отличие от ВКС аппарат с вертикальной посадкой не требует наличия протяженных и хорошо оборудованных полос, а при вертикальном спуске с работающими двигателями изделие более устойчиво к воздействию ветра или дождя. Таким образом, подобные свойства существенно повышают шансы на спасение системы, причем практически на всех этапах полета.

Оценив предложения компаний, летом 1991 г. УСОИ заключило с компанией «McDonnell Douglas» двухлетний контракт стоимостью 59 млн долл. на разработку и проведение летных испытаний масштабной модели будущей транспортной системы. Новому аппарату, представлявшему собой уменьшенный примерно втрое прототип МТКС, было дано название «Delta Clipper-Experimental» (DC-X).

При этом в ходе реализации программы «Delta Clipper» предусматривался промежуточный этап. В случае успешного проведения демонстрационных полетов модели DC-X, имевшей также обозначение SX-1 (Spaceplane Experimental — «Экспериментальный ракетоплан»), на ее базе будет создаваться более крупный аппарат SX-2, предназначенный для выполнения суборбитальных гиперзвуковых полетов. К задачам последнего изделия, на изготовление которого отводилось три года, были отнесены не только отработка новых технологий, но и решение ряда практических задач, стоящих перед УСОИ. Лишь после этого планировалось приступить к непосредственному производству штатной МТКС «Delta Clipper».

Экспериментальный аппарат DC-X имел следующие характеристики: высота— 11,9 м, диаметр в основании— 3,7 м, стартовая масса — 18,9 т, масса топлива — 8,8 т. Низкое конструктивное совершенство модели объяснялось широким использованием традиционных алюминиевых сплавов (силовая конструкция, топливные баки и прочее), из композиционных материалов была выполнена лишь внешняя обшивка изделия. В последующем при создании аппаратов SX-2 и «Delta Clipper» намечалось значительно увеличить удельный вес композитов в изделии, тем самым снизив относительную массу конструкции до требуемого для выхода на орбиту значения — 10%.

Сейчас же перед разработчиками аппарата DC-X ставилась задача максимального сокращения затрат на наземное обслуживание. Для выполнения данного требования при проектировании особое внимание уделялось обеспечению следующих характеристик изделия:

— доступность и ремонтопригодность бортового оборудования (в этих целях большая часть узлов и агрегатов, представлявших собой легко демонтируемые элементы, располагалась у обшивки изделия, в которой имелось значительное количество люков для непосредственного доступа к ним);

— взаимозаменяемость (широкое применение типовых элементов в различных системах позволило сократить количество комплектующих аппарат деталей, запасных узлов, а также число поставщиков);

— использование эффективной системы диагностики состояния бортового оборудования, которая автоматически выявляла и отключала отказавший элемент;

— простота конструкции, не требующая особой подготовки персонала (группу обслуживания аппарата численностью 30 человек планировалось комплектовать 3—5 экспертами высшего класса и 10 высокопрофессиональными специалистами, остальные же должны были быть подготовленными техниками. К управлению изделием в полете привлекались только три оператора).

Спроектированный с учетом подобных требований аппарат DC-X приобрел следующую компоновку. Переднюю часть модели с откидным носком занимал контейнер'с парашютом системы аварийного спасения. Под ним располагался приборный отсек с двумя технологическими люками. Блоки электронного оборудования монтировались на баке жидкого кислорода вместительностью 7,3 т. Центральную часть изделия занимал бак жидкого водорода, рассчитанный на заправку компонента массой 1,5 т. В межбаковом отсеке с тремя створками размещались элементы управления пневмогидравлической системы.

Бак горючего крепился на силовой раме хвостового отсека. Большая часть арматуры заправки компонентами топлива и пневмогидравлической системы устанавливалась на днище аппарата, где тактке предусматривались съемные панели. Помимо маршевых ЖРД в хвостовом отсеке располагались цилиндры выдвижных посадочных опор (их разработкой занималась немецкая фирма «Deutsche Aerospace»).

Силовая установка аппарата DC-X комплектовалась четырьмя криогенными двигателями RL-10A-5, созданными фирмой «Pratt and Whitney» на базе ЖРД блока «Центавр». На разработку новой модификации и поставку пяти образцов (один являлся запасным) фирме было выделено 12 млн долл.

Двигатели RL-10A-5, предназначенные для работы в атмосфере, качественно отличались от базового изделия. Эти ЖРД массой 143 кг и высотой 1,07 м оснащались коническим соплом с углом полураструба 10° и степенью расширения 4,28:1. Необходимость глубокого дросселирования тяги до 30% от номинала (6,7 т) потребовали значительных доработок камеры сгорания и всей системы подачи компонентов топлива. В результате при установленных предельных значений тяги (2—6,7 т) давление в камере сгорания составляло 9,66 атм и 32,3 атм, а удельный импульс 380,5 с и 373 с соответственно.

Для управления аппаратом в полете маршевые ЖРД закреплялись в карданных подвесах с углом отклонения ± 8°. Также в этих же целях применялись четыре двигателя тягой по 181 кг, работавшие на газообразных кислороде и водороде.

Кроме того, использовались и аэродинамические щитки с углом выдвижения 30°, располагавшиеся на боковых гранях корпуса. Установленный с наветренной стороны щиток был двухсекционным, что позволяло создавать аэродинамический момент для бокового маневра.

Комплектация система управления разнотипными исполнительными элементами потребовала достаточно сложного математического обеспечения. Тем не менее за счет использования уже имевшихся на рынке программ компании «McDonnell Douglas» и привлеченным ею коммерческим фирмам удалось существенно снизить стоимость его создания. В отдельных случаях применялись автоматизированные системы программирования, обрабатывавшие данные моделирования условий полета изделия.

<<<Назад Страница 53 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