Viimastel aastatel on lennundus- ja kosmosetööstuses tegutsevate eraettevõtete areng äratanud erilist huvi nii spetsialistide kui ka laiema avalikkuse ees. Mitmed sedalaadi välisorganisatsioonid on juba esitlenud mitut erinevat disaini, millel on erinevad omadused. Sarnased organisatsioonid tegutsevad ka meie riigis. Praeguseks on selles valdkonnas esitatud mõningaid uusi arenguid. Nii esitas ettevõte Lin Industrial ettevõtte Vyuga lennundussüsteemi projekti.
Vyuga kosmosesüsteemi (AKS) projekti töötas välja Moskva ettevõte Lin Industrial, töötades koos Skolkovo fondi abiga, nimetu kliendi palvel. Projekti eesmärk oli välja töötada korduvkasutatav kaheastmeline süsteem, mis on mõeldud inimeste ja erinevate veoste orbiidile viimiseks. Samas peetakse süsteemi piiratud kandevõime tõttu peamiseks ülesandeks erinevate teaduslike uuringute jms rakendamist. Lisaks ei ole välistatud süsteemi militaarne kasutamine luuretegevuseks või ülitäpse relva kandjaks.
Kavandatud kujul on süsteemil "Blizzard" mitmeid iseloomulikke eeliseid. See tagab süsteemi kõigi komponentide täieliku taaskasutamise, olemasoleva kandelennuki kasutamise, võimaluse paigutada koorem orbiitidele laias valikus ning keskkonnaohutuse. Lisaks võimaldab kandelennuki kasutamine planeedi erinevatest piirkondadest, sealhulgas kliendiriigi territooriumilt õhkutõusvaid, kasulikku koormat käivitada.
AKSi "Blizzard" üldvaade enne õhkutõusmist
Projekt Vyuga AKS hõlmab kompleksi kasutamist, mis koosneb kolmest põhikomponendist. Peamine element, mis tagab ülejäänud jõudluse, on kandev õhusõiduk koos kinnituskomplektiga ülejäänud varustuse transportimiseks. Samuti tehakse ettepanek kasutada esimest etappi rakettmootoritega, mis vastutab kiirendamise eest nn. orbitaalne staadium. Viimane on seade, mis on võimeline lendama nii atmosfääris kui ka väljaspool. Kõik "Blizzardi" kompleksi elemendid peavad suutma baasi tagasi pöörduda.
Organisatsiooni arendaja sõnul algas Vyuga AKSi loomine olemasolevate võimaluste uurimisega ja vajalike seadmete parameetrite määramisega. Niisiis määrati kompleksi kasulik koormus 450 kg tasemel, mis viidi madalale maapinna lähedasele koormusele. Märgitakse, et "Photon" tüüpi tehnoloogilistel satelliitidel on sarnased kandevõime parameetrid. Lisaks, võttes arvesse kompleksi erinevate elementide arvutusi, määrati kindlaks süsteemi potentsiaalsete kandjate vahemik.
Sõjalistest transpordilennukitest An-124 "Ruslan" ja An-225 "Mriya" otsustati loobuda liigse kandevõime tõttu. Raketikandja Tu-160 ei sobinud seda tüüpi olemasolevate sõidukite väikese arvu tõttu. Selle tulemusena kaaluti ainult lennukeid M-55X Geofizika, MiG-31 ja Il-76. Edasised arvutused näitasid, et Geofizikat ja MiG-31 ei saa kasutada kosmosesüsteemi võimenduslennukina. Nendel lennukitel on kõrge praktiline lagi, kuid nende kandevõime on ebapiisav. Nende kasutamisel ei saanud "Blizzardi" kasulik koormus ületada 50-60 kg, mis ei vastanud esialgsetele arvutustele.
Montaaži skeem
Seega oli süsteemi ainus sobiv kandja sõjaväe transpordilennuk Il-76. Kuid isegi sel juhul ei võimaldanud kõik disainifunktsioonid seda tehnikat ilma muudatusteta kasutada. Arvutused on näidanud, et võimendus- ja orbiidietappide transportimiseks ja käivitamiseks vajab lennuk konstruktsiooni tugevdamist ja mõne uue seadme paigaldamist. Sellised muudatused võimaldasid täielikult ära kasutada olemasolevaid eeliseid suure kandevõime näol, samuti kompenseerisid olemasoleva kõrguse kaotuse võrreldes teiste võimalike kandjatega.
Projekt "Blizzard" praegusel kujul näeb ette lennukite Il-76 moderniseerimise mõne uue üksuse kasutamisega. Lennuki kaubaruumi keskosasse tehakse ettepanek paigaldada spetsiaalne tugisõrestik, mis jaotab raketisüsteemide kaalu ümber õhusõiduki jõuelementidele. See toode on 12,9 m pikkune, 3,3 m laiune ja 2,7 m kõrgune lahtine konstruktsioon, mille ülemises osas on väljaulatuvad elemendid, mis ulatuvad kerest välja. Esialgu tehti ettepanek, et sõrestik peaks olema valmistatud süsinikkiust tugevdatud plastist, kuid hiljem muudeti projekti tugevuse huvides. Toode peaks nüüd koosnema titaanist elementidest läbimõõduga 85 mm. Sel juhul on sõrestiku mass 6, 2 tonni. Konstruktsiooni mõningane lihtsustamine on võimalik, vähendades sõrestiku alumise osa osade paksust.
Pärast sõrestiku paigaldamist lennukile ilmuvad selle kere ülemisele pinnale mitu sõlme raketisüsteemi esimese astme dokkimiseks. Nende abiga tehakse ettepanek ühendada kandelennuk kompleksi teiste elementidega. Alustel peavad olema juhtimissüsteemid, mis võimaldavad raketisüsteemide vabastamist vajalikul hetkel.
Arvutimodelleerimist kasutavate eelprojekteerimistööde ja uuringute tulemuste põhjal kujundasid "Lin Industrial" disainerid AKS "Vyuga" esimese etapi üldilme. See toode peaks olema suhteliselt suur rakettmootoriga õhusõiduk, mis on kavandatud kiirendama orbiidi etappi pärast eralduslennukist eraldumist. Sellised rakendusmeetodid on toonud kaasa vajaduse töötada välja mõned disainifunktsioonid. Eelkõige oli vaja välja töötada tiib ja stabilisaator, mis on ette nähtud raketisüsteemi tagasitõmbamiseks kandelennukilt pärast eraldumist.
Sõrestiku konstruktsioon, mis on kavandatud paigaldamiseks kiirenduslennukile
Pakutakse välja üsna lihtne esimese etapi kujundus. Kõik selle tehnika peamised üksused tuleb paigaldada piklikule sõrestikule, mis on konstruktsiooni alus. Sõrestiku ülaosale tehakse ettepanek paigaldada kütuse- ja oksüdeerimismahutid, mille taha mootor paigutada. Sel juhul peab tagumine paak, erinevalt eesmisest, olema keerukama kujuga, mis on vajalik orbiidi astme õigeks paigutamiseks. Sõrestiku alumisel osal on tasapindade kinnitused. Eeldatavate mehaaniliste ja termiliste pingete tõttu peaks esimene etapp saama termilise kaitse alumisest kerest.
Lennuks atmosfääris kohe pärast kandjast eraldumist ja maandumise ajal peab "Blizzardi" esimene etapp kasutama erinevate lennukite komplekti. Tehakse ettepanek paigaldada kere keskosasse madal tiib. Samuti on välja töötatud kahe uimega saba, millel on suhteliselt väikesed stabilisaatorid. Tehakse ettepanek paigaldada maandumisseade õhusõiduki raami sisse, mis on vajalik esimese etapi tagastamiseks nõutavale lennuväljale.
Praeguseks on teatatud, et esimese etapi ühe põhielemendi - oksüdeerimispaagi - kuju on tekkinud. Sellele tootele kehtestati tugevus, maht, tihedus ja muud parameetrid kõrged nõuded kuni täidetud vedeliku maksimaalse tootmise vajaduseni. Võttes arvesse neid nõudeid ja vedela hapniku omadusi, määrati paagi üldine konstruktsioon. Paagi silindriline külgpind peaks olema valmistatud epoksü sideainega süsinikkiust ja saama ka sisemise kattekihi PMF-352 kile kujul. Viimane on vajalik, et vähendada madalatemperatuurilise oksüdeerija negatiivset mõju komposiitosadele. Komposiitosasse liimitud raamid ja põhjad on tehtud alumiinium-magneesiumsulamist. Paagi sisse tuleks paigaldada deflektorid, torujuhtmed ja muud vajalikud osad.
Üldvaade esimesele etapile
Esimese etapi sabasektsiooni tehakse ettepanek paigaldada nõutavate omadustega ühekambriline vedelkütusega rakettmootor. Petrooleumi ja vedelat hapnikku kasutav elektrijaam peaks näitama gaasi väljavoolukiirust tasemel 3,4 km / s, mis võimaldab saavutada nõutavad tõukejõu parameetrid. Esimese etapi projekteerimiskiirus on umbes 4720 m / s.
Kogupikkusega 17,45 m peaks Vyuga AKS esimese etapi kuivmass olema 3,94 tonni ja täismass 30,4 tonni. Enamik algkaalust on kütus: 7050 kg kütust ja 19 210 kg oksüdeerijat.
Esimese astme tagumisele kerele tehakse ettepanek kinnitada nn. orbitaaletapp, mis on mõeldud kandevõime transportimiseks ja vajaliku trajektoori / orbiidi käivitamiseks. Selliste seadmete töö iseloomulikud jooned viisid ebatavalise tüüpi lava moodustumiseni. "Blizzardi" orbiidi staadium peaks olema õhusõiduki raami välisüksuste voolujooneline, nina ülemise osa ninaosa ja sabaosa osa ovaali lähedal. Kuumuskindla kattega põhi peaks olema kergelt kumera kujuga.
Orbitaaletapi kere ülemisse ossa tehakse ettepanek paigutada langevarjulaegas, juhtimisseadmete sektsioon, mille taha peab jääma suur maht kandevõime mahutamiseks. Nende sektsioonide all on kohad kütusekomponentide sfääriliste ja silindriliste paakide paigaldamiseks. Kere sabaosa asetatakse mootori alla. Kere ülemisse ossa saab paigaldada luugiklapid, mis on ette nähtud kandevõime paigaldamiseks lavakorpusse, aga ka selle eemaldamiseks väljast erinevate tööde tegemisel. Eelkõige saab sellist luuki kasutada päikesepaneelide kasutuselevõtmiseks, kui kosmoseaparaati kasutatakse orbitaalses konfiguratsioonis.
Esimese etapi kirjeldus
Praegusel kujul hõlmab Vyuga projekt 5505 mm pikkuse, 2604 mm laiuse ja 1,5 m kõrguse orbitaaletapi ehitamist. Orbitaaletapi kuivmass on 950 kg. Kandevõime - 450 kg. Koos kütuse ja oksüdeerijaga peaks seade kaaluma 4,8 tonni. Samal ajal on arvutuste kohaselt petrooleumi osakaal 914 kg ja oksüdeerija 2486 kg. Toote kiirus peaks olema kuni 4183 m / s.
Lennukite kosmosesüsteemi Vyuga kasutamise põhimõtted näevad välja üsna lihtsad ja võimaldavad kandevõime paigutada nõutavale trajektoorile või madalale võrdlusorbiidile minimaalsete vajalike kuludega. Ülesande ettevalmistamiseks tuleb orbitaaljärgu lastiruumi paigaldada vajalik kandevõime. Seejärel asetatakse see aparaat esimesele astmele ja kogu süsteem paigaldatakse võimenduslennuki alustele. Pärast mõlema etapi paakide täitmist petrooleumi ja vedela hapnikuga saab Vyuga AKS tööle hakata.
Süsteemi toimimise esimene etapp nõuab kandelennuki meeskonna õiget tööd. IL-76, mille kerel on "Blizzard", peaks tõusma 10 km kõrgusele ja minema soovitud kursiga raketisüsteemi stardialasse. Lisaks tehakse ettepanek lahtihaakimine, mille järel esimene etapp peaks kandurist eemalduma ja toitevedeliku mootori sisse lülitama. Kandjalennuk saab omakorda võimaluse oma lennuväljale tagasi pöörduda. Edasine lend toimub etappide kaupa iseseisvalt ja kasutades meie enda juhtimissüsteeme.
Esimeses etapis on kütusevaru, mis on vajalik mootori töötamiseks 185 sekundi jooksul. Selle aja jooksul kiirendatakse orbiidi etappi tõusuga teatud kõrgusele. Esimese etapi abil peaks Vyuga AKS tõusma 96 km kõrgusele ja viima orbiidi etapi nõutavale trajektoorile. Pärast kütuse lõppemist langeb orbiidi staadium välja. Orbitaaletapp liigub jätkuvalt etteantud trajektooril, esimene aga peab minema planeerimisse ja võtma kursi maandumiskohta. Kiirust vähendades ja aeglustades peab esimene etapp lõpuks maanduma olemasoleva telikuga, kasutades "lennuki" meetodit. Pärast maandumist võib lava läbida vajaliku hoolduse, mis võimaldab seda uuesti kasutada.
Orbitaalfaasi üldvaade
Pärast eraldamist peaks orbiidi etapp sisaldama oma mootorit ja sooritama väljapääsu antud orbiidile. Täieliku koormuse korral on võimalik mootorit 334 sekundit käitada 200 km kõrgusel orbiidile tõusuga. Pärast nõutavate parameetritega orbiidile sisenemist võib kasulik koormus teadusliku varustuse või muu varustuse kujul oma tööd alustada. Pärast määratud ülesannete täitmist võib orbiidi staadium Maale naasta.
Deororiteerimiseks tehakse ettepanek kasutada pidurdusimpulssi, mis kannab orbiidi etapi maandumistrajektoorile. Termokaitse ja voolujoonelise kere abil siseneb lava ilma riskideta atmosfääri tihedatesse kihtidesse ja väljub maandumisalasse. Teatud kõrgusel tehakse ettepanek avada langevari, mis vastutab aparaadi pehme maandumise eest. Lennukitaolist maandumist ei pakuta tehnilistel ja operatiivsetel põhjustel. Pärast maandumist saavad tehnikud kasuliku koormusega tööd alustada. Lisaks on kavas teha orbiidi etapi hooldus koos järgneva uue lennu ettevalmistamisega.
Sarnane algoritm Vyuga AKS kasutamiseks on välja pakutud teaduslikuks kasutamiseks. Lisaks kaalutakse võimalust kasutada sellist tehnoloogiat relvajõudude huvides. Sellisel juhul võib lennundussüsteem orbiidietapi asemel vastu võtta nõutavate omadustega lahinguvarustust. Selle kompleksi versiooni täpsed parameetrid pole aga veel kindlaks määratud. Praegu kaalutakse ainult võimalust luua "Blizzardi" lahinguversioon ja määratakse kindlaks selle võimalikud rakendusvaldkonnad.
Vyuga AKS -i lahingiversioon võib olla löögisüsteemi kandja või vahend vaenlase kosmoselaeva pealtkuulamiseks. Viimasel juhul on võimalik saavutada lahingutöö kõrge kasutegur, mis on ette nähtud lahingutehnika üsna lihtsa paigutamise võimalusega erinevate parameetritega orbiitidele. Selliste ideede elluviimist võib aga seostada mõningate raskustega. Esiteks tuleb raskused seostada kasuliku koorma massi piirangutega. Isegi orbitaalse etapi täielik asendamine spetsiaalse lahingusüsteemiga ei võimalda luua toodet, mis kaalub rohkem kui mitu tonni.
Orbitaalne etapp, altvaade, alt pole näidatud. Valge on kere, sinine on kütusepaagid, punane on mootor, oranž on langevarjuosa, hall on kandevõime
Lennundussüsteemi kavandatud arhitektuur võimaldab saada mõningaid eeliseid teiste sarnase otstarbega komplekside ees. Projekti Vyuga peamised eelised, mis võivad anda märkimisväärse positiivse majandusliku efekti, on olemasolevate kandelennukite kasutamine (mis vajab siiski märgatavaid muudatusi), samuti tagastatavad raketiastmed. Esimese ja orbitaaletapi mitmekordse kasutamise võimalus seab nende konstruktsioonile erinõuded, eelkõige mootorite omadustele, kuid võib kaasa tuua märgatava vähenemise üksikute käivitamise kuludes.
Projekti teine iseloomulik eelis on olemasolevate kosmosesadamatega "lipsu" puudumine. Vyuga AKSi stardiplatvorm võib tegelikult olla mis tahes lennuväli, mis on võimeline vastu võtma transpordilennukeid Il-76 ja millel on teatud varustus raketisüsteemidega töötamiseks. Tänu sellele saab kasulikku koormust orbiidile viia peaaegu kõikjal planeedil. Selle tulemusel pakutakse kasulikku koormust suhteliselt lihtsalt vajaliku kaldega orbiidile.
Olemasolevate andmete kohaselt jääb ettevõtte Lin Industrial lennundussüsteemi projekt esialgsete uuringute etappi. Projekti üldised omadused on kindlaks määratud, kuid tehniline dokumentatsioon pole veel välja töötatud. On teavet, mille kohaselt Vyuga projekti esialgne versioon ei saanud selle arendamise algatanud kliendi heakskiitu ja jäi seetõttu rahastamiseta. Arendaja hinnangul nõuab uurimistöö esimene etapp rahastamist 3,2 miljoni rubla ulatuses. Edasine töö nõuab uusi investeeringuid. Samal ajal pole projekti lõpuleviimiseks vajalike aja- ja finantskulude prognoose veel selgitatud.
Tuleb märkida, et Vyuga AKS -i projekt ei ole esimene oma klassi selline kodumaine arendus. Töö selles suunas algas meie riigis juba eelmise sajandi kuuekümnendatel aastatel ja seda viisid läbi mitmed organisatsioonid eesotsas OKB-155-ga. Projekti Spiral eesmärk oli luua kompleks, mis oleks võimeline kasutama hüpersoonilist võimenduslennukit, võimendusplokki jne. orbiidil tiirlev lennuk, et tuua orbiidile kasulik koormus. Valmis kompleksi "Spiral" võiks kasutada erinevatel eesmärkidel, eelkõige sõjaväes.
Vyuga kosmosesüsteemi kasutamise skeem
Kuuekümnendate lõpust kuni seitsmekümnendate keskpaigani ehitati mitmeid paljulubava tehnoloogia prototüüpe, mida kasutati erinevates testides. Eelkõige tegid BOR -seeria sõidukid mitmeid suborbitaalseid ja orbitaalseid lende. Atmosfääris testimiseks kasutati lennukit MiG-105.11. Pärast testide lõpetamist lõpetati töö spiraaliga. Klient pidas uut Energia-Burani projekti paljulubavamaks. Mõnest spiraaliprogrammi raames ehitatud prototüübist said hiljem muuseumi eksponaadid.
Alates kaheksakümnendate algusest arendab MTÜ Molniya projekti Multipurpose Aerospace System (MAKS). Tehti ettepanek lisada sellesse süsteemi kandev lennuk An-225 ja orbitaallennuk koos täiendava kütusepaagiga. Sõltuvalt konfiguratsioonist võib MAKS -kompleks orbiidile toimetada 7 või 18 tonni kasulikku koormust. Kaaluti nii automaatseid lasti- kui ka mehitatud süsteemi versioone.
Üheksakümnendate aastate alguse probleemide tõttu lõpetati töö MAKS -i projektiga. Alles 2012. aastal teatati võimalikust töö jätkamisest ja kompleksi kaasaegse versiooni loomisest. Lisaks mainiti võimalust lõpetada olemasolev projekt teiste kandelennukite jms abil. Teadaolevalt ei ole pärast seda uuendatud MAKS -projekti käigus erilisi edusamme tehtud.
Erarakettide ja kosmoseettevõte "Lin Industrial" loob praegu uut versiooni paljutõotavast kosmosetööstuse kompleksist, mis on võimeline lahendama erinevaid teaduslikke ja muid probleeme. Praeguseks on süsteemi üldine välimus välja töötatud ja selle põhijooned, omadused jne kindlaks määratud. Töö ei ole aga rahastamise puudumise tõttu veel suutnud edeneda. Aeg näitab, kas arendajafirma leiab investori ja kas ta suudab huvitava projekti praktilise teostuseni viia. Kui projekt AKS "Vyuga" suudab orbiidietapi kosmosesse toomisega jõuda vähemalt katseteni, on see suur edu kogu kodumaisele kosmosetööstusele, nii avalikule kui ka eraelule. Sellisest edust on asi aga veel kaugel: projekt vajab veel pikaajalist arendamist.
