Введение - К вопросу о разработке и эксплуатации перспективных средств выведения на основе межорбитальной транспортной системы в задачах развертывания и восполнения орбитальных систем космических аппаратов
Необходимость разработки принципиально новых средств межорбитальной транспортировки (СМТ) связана со следующими причинами:
размещением значительной части КА (связи, навигации, метеорологических, системы предупреждения о ракетном нападении и др.) на высоких орбитах;
развертыванием и длительной эксплуатацией многоспутниковых орбитальных группировок (ОГ), в состав которых входят десятки КА, как на низких, так и высоких орбитах.
Существующие средства доставки (РН и разгонные блоки (РБ) на базе жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)) отличаются сравнительно высокой удельной стоимостью транспортировки полезных грузов (ПГ) на высокие орбиты, а также малой массой ПГ в одном пуске. Так, среди высоких орбит необходимо выделить геостационарную орбиту (ГСО), на которую в настоящий момент ежегодно (во всем мире) выводится до 25 - 30 КА массой от 1,5 до 4 тонн, что соответствует грузопотоку порядка 100 т/год на геопереходную орбиту (ГПО) и около 60 т/год непосредственно на ГСО. Удельная стоимость транспортировки ПГ на ГСО составляет порядка 30 - 40 тыс.$/кг, что связано с малой относительной массой ПГ для указанной орбиты при использовании традиционных средств доставки [1].
Создание космических многоразовых буксиров (МБ) предусмотрено в пункте "Развитие средств выведения, космодромов, наземного комплекса управления космическими аппаратами" проекта "Cтратегии развития космической деятельности России до 2030 года и на дальнейшую перспективу". Потенциальные преимущества МБ с электроракетными двигательными установками (ЭРДУ) перед традиционными средствами выведения показаны в большом количестве работ [15]. В том числе рассматривались СМТ на основе МБ с ЯЭРДУ, в которых электроснабжение ЭРДУ осуществляется от космической ядерной энергетической установки (КЯЭУ) [13,6].
В настоящий момент в России разрабатывается транспортноэнергетический модуль (ТЭМ) на базе газотурбинной КЯЭУ мегаваттного класса мощности [6]. Имеется также большой опыт разработки, создания и эксплуатации КА с термоэлектрическими ("Бук") и термоэмиссионными ("Топаз") КЯЭУ относительно малой (несколько киловатт) мощности, а также проектноконструкторских работ по высокотемпературным термоэмиссионным КЯЭУ электрической мощностью 150 - 600 кВт и более для МБ "Геркулес" [7].
Потенциальные преимущества межорбитальных транспортных систем на основе МБ с ЯЭРДУ продемонстрированы в работах [1,2] и состоят как в увеличении массы полезного груза (ПГ), доставляемого на ГСО (и другие высокие орбиты), так и снижении удельной стоимости транспортировки. Ниже представлены некоторые сравнительные данные по МБ с ЯЭРДУ с традиционными РБ с ЖРД при совместной эксплуатации с рядом существующих и перспективных отечественных РН. Часть данных заимствовано из работ [1,2], однако приведены также результаты расчетов для РН "Ангара 5А" при ее запусках с космодромов "Восточный" и "Плесецк".
Указанные результаты (см. табл.1) подтверждают высокую потенциальную эффективность МБ с ЯЭРДУ. Однако должно быть уделено внимание двум обстоятельствам:
- 1. На ранних этапах проектирования перспективных СМТ необходимо учитывать неопределенность исходной информации - как внешней (по условиям применения и функционирования СМТ), так и внутренней - по характеристикам перспективной элементной базы. Без учета данного обстоятельства на этапах аванпроектирования МБ с ЯЭРДУ (выбор проектных параметров) могут быть допущены грубые ошибки, ведущие к значительному снижению эффективности системы. 2. При принятии решения о разработке МБ с ЯЭРДУ должны быть учтены затраты на создание соответствующей наземной инфраструктуры, а также эксплуатационные затраты, включая затраты на создание и эксплуатацию технического и стартового комплекса на космодроме, обеспечивающих должный уровень радиационной и ядерной безопасности. Должна быть подготовлена соответствующая нормативная база
Таблица 1 Сравнение характеристик средств доставки на ГСО и перспективных СМТ на основе МБ с ЯЭРДУ
Удельная стоимость доставки ПГ на ГСО, тыс.$/кг |
Масса ПГ, доставляемого на ГСО за один рейс, тонн |
Время доставки ПГ на ГСО, сут |
Масса ПГ, доставляемая системой на ГСО за 5 лет, тонн | |
Транспортные системы на базе существующих PH и одноразовых разгонных блоков с ЖРД | ||||
PH "ПротонМ" + РБ "ДМ" (Байконур) |
29 |
2,93,3 | ||
PH "Зенит 3SL" + РБ "ДМ" ("Наземный старт") |
41 |
1,6 | ||
PH "СоюзST" + РБ "Фрегат" (экваториальный космодром Куру) |
43 |
1,39 | ||
Транспортные системы на основе многоразовых межорбитальных буксиров с ЯЭРДУ | ||||
PH для выведения ГК на НОО |
Электрическая мощность КЯЭУ 600 кВт; ресурс КЯЭУ 5 лет, в системе один МБ | |||
"Зенит" ("Байконур") |
13,3 |
7,0 |
126 |
63 |
"ПротонМ" ("Байконур") |
8,7 |
13,4 |
167 |
107 |
"Ангара5А" ("Восточный") |
7,4 |
16,3 |
189 |
114 |
"Ангара5А" ("Плесецк") |
9,6 |
12,2 |
166 |
100 |
Похожие статьи
-
Здесь рассматривается межорбитальная транспортная система по своему построению аналогичная той, что исследована в работах [1, 2], однако дополнительно...
-
1. Одним из наиболее перспективных путей снижения затрат на развертывание высокоорбитальных группировок КА является создание средств межорбитальной...
-
Требуется Определить : проектные параметры ЭДК СМТ, соответствующие максимуму принятого показателя качества (вероятности выполнения задачи) - PВВЗ при...
-
В настоящем курсовом проекте представлена концепция развития средств выведения проведен анализ рынков отечественных и зарубежных ракет носителей,...
-
Точками либрации в ограниченной задаче трех тел, описывающей движение тела малой массы в гравитационном поле, создаваемом двумя массивными телами,...
-
Решение актуальных задач управления с течением времени нуждается в поиске и разработке все более новых теоретических и подтвержденных на практике методов...
-
В рамках европейско-российской программы "Аврора" по исследованию Солнечной системы ведется поиск возможных направления международного сотрудничества в...
-
Введение - Космический аппарат
Точками либрации в ограниченной задаче трех тел, описывающей движение тела малой массы в гравитационном поле, создаваемом двумя массивными телами,...
-
Работы над многоразовым орбитальным кораблем были начаты в 1974 году в рамках подготовки "Комплексной программы НПО "Энергия". Это направление работ было...
-
В данной работе проводится исследование движения центра масс МКА под действием различных возмущающих ускорений (от нецентральности гравитационного поля...
-
Как было сказано в предыдущем разделе, для длительного удержания КА на гало-орбите требуется, чтобы коэффициент перед возрастающей компонентой равнялся...
-
Введение - Космические аппараты
Создание и развитие космических средств и технологий ДЗЗ является в настоящее время одним из важнейших направлений применения космической техники для...
-
В системах двух массивных тел, вращающихся вокруг общего барицентра с постоянной угловой скоростью, существует пять точек, будучи помещенным в которые,...
-
Введение - Советский многоразовый орбитальный корабль "Буран"
Корабль орбита буран космический 15 ноября 1988 года в Советском Союзе проведены успешные испытания космического корабля многоразового использования...
-
Описание стратегии удержания КА - Космический аппарат
Как было сказано в предыдущем разделе, для длительного удержания КА на гало-орбите требуется, чтобы коэффициент перед возрастающей компонентой равнялся...
-
Более 20 лет работают на околоземных орбитах специализированные спутники с УФ телескопами на борту, проводя астрономические наблюдения. Их инструменты...
-
В работе была разработана методика расчета гало-орбит вокруг точки либрации L2 системы Солнце-Земля. Для расчета начальной скорости КА и величин...
-
Стратегиям удержания КА на ограниченных орбитах (гало-орбитах, орбитах Лиссажу и прочих) посвящены многие статьи. В данном разделе приведены краткие...
-
В рамках данной работы производился расчет параметров отлетного вектора при заданных ограничениях на геометрию орбиты. С учетом заданных характеристик Az...
-
Выведение на рабочую орбиту - Исследование движения центра масс малого космического аппарата (МКА)
Выведение МКА на орбиту с наклонением i = 97,6° и высотой Н = 574 км осуществляется ракетой-носителем "Рокот" с разгонным блоком "Бриз". При выведении...
-
Стратегиям удержания КА на ограниченных орбитах (гало-орбитах, орбитах Лиссажу и прочих) посвящены многие статьи. В данном разделе приведены краткие...
-
Исследования последних лет показали возможность синтеза разнообразных биологически важных веществ из простых исходных соединений типа аммиака, метана,...
-
Расчетная часть - Космические аппараты
Исходные данные. Исходные данные тесно связаны и базируются на целевой аппаратуре, выше указано, что проектируемый спутник является научно-прикладным и...
-
Наблюдаемыми объектами радиоинтерферометрической сети являются естественные и искусственные космические радиоисточники. Научные задачи подразумевают...
-
Нецентральность гравитационного поля Земли - Возмущенное движение космического аппарата
Возмущенный движение гравитационный орбита При решении ограниченной задачи двух тел Земля представляется шаром со сферическим распределением плотности. В...
-
Радиотехнические методы - Космические средства дистанционного зондирования Земли
В общих чертах принцип активной радиолокации состоит в следующем. На спутнике устанавливается передатчик, посылающий с помощью антенны в направлении...
-
Для решения задачи по сбору мусора предлагается создание специального космического корабля - космического сборщика мусора (КСМ), который на околоземной...
-
Введение - Характеристика планет Солнечной системы
Сравнительное изучение планет и их спутников - "лун" - имеет первостепенное значение и для познания природы Земли. Нам еще не ясны те условия, которые...
-
В настоящее время Луна стала объектом многих космических экспериментов и фокусом внимания ведущих специалистов в области астрономии и планетологии. Очень...
-
Введение - Медицинские препараты на основе декстрана
Декстран - (dextran) - углевод, содержащий разветвленные цепи остатков глюкозы, которые являются продуктами жизнедеятельности бактерий и грибков....
-
Масса топлива, необходимого для проведения коррекции траектории рассчитывается по формуле Циолковского: M = m0(1 - e-DVк/W) M0 = 597 кг - начальная масса...
-
Объединенная Двигательная Установка (ОДУ) - Советский многоразовый орбитальный корабль "Буран"
Объединенная двигательная установка является одной из основных бортовых систем ОК и предназначена для выполнения всех динамических операций в полете. В...
-
Двигательная установка и бортовое оборудование - Советский многоразовый орбитальный корабль "Буран"
Объединенная двигательная установка (ОДУ) обеспечивает довыведение ОК на опорную орбиту, выполнение межорбитальных переходов (коррекций), точное...
-
Космический мусор - это все искусственные объекты и их фрагменты в космосе, которые уже неисправны, не функционируют и никогда более не смогут служить...
-
Закон Всемирного тяготения - Законы движения небесных тел и строение Солнечной системы
Законы Кеплера прекрасно описывали наблюдаемое движение планет, но не вскрывали причин, приводящих к такому движению (напр. вполне можно было считать,...
-
В отличие от других природных катастроф (землетрясений, извержений вулканов, наводнений и др.) падение крупных тел на Землю можно заранее предвычислить...
-
Введение - Высокоорбитальный разгонный блок
Назначение: Довыведение космического аппарата(КА) на рабочие орбиты после отделения их от ракеты-носителя(РН). Проблемы: 2 Экономическая. На данный...
-
. Более 20 лет работают на околоземных орбитах специализированные спутники с УФ телескопами на борту, проводя астрономические наблюдения. Их инструменты...
-
Третья и четвертая космические скорости - Космические скорости
Кроме этих общепринятых существуют еще две редкоупотребимые величины: 3-я и 4-ая космические скорости - это скорости ухода, соответственно, из Солнечной...
-
Исследования и эксперименты в космосе - Человек и космос
На сегодня в космосе проходит большое количество различных опытов и экспериментов. Основными направлениями исследований в космосе являются: 1....
Введение - К вопросу о разработке и эксплуатации перспективных средств выведения на основе межорбитальной транспортной системы в задачах развертывания и восполнения орбитальных систем космических аппаратов