Проект ракеты-носителя сверхлегкого класса МГТУ им. Н.Э. Баумана

Язык труда и переводы:
УДК:
629.764.7
Дата публикации:
27 декабря 2021, 17:40
Категория:
Секция 02. Летательные аппараты. Проектирование и конструкция
Авторы
Соболев Иван Анатольевич
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Аннотация:
Рассмотрен концептуальный облик ракеты-носителя сверхлегкого класса, предложенный рабочей группой МГТУ им. Н.Э. Баумана в рамках Первого конкурса концепций ракеты-носителя сверхлегкого класса и межорбитального малого разгонного блока, который проводился в 2021 г. аналитическим центром «Аэронет». Изложены и обоснованы предлагавшиеся в рамках проекта подходы к проектированию, приведены основные характеристики ракеты-носителя и двигательной установки, а также предложены варианты исполнения ракеты-носителя для решения различного рода задач.
Ключевые слова:
ракета-носитель, ракета космического назначения, ракета-носитель сверхлегкого класса, кислородно-метановый ракетный двигатель, электронасосная подача, мобильный стартовый комплекс, морской стартовый комплекс
Основной текст труда

Потребность в создании ракеты-носителя сверхлегкого класса (РН СЛК) в настоящее время обусловлена стремительным ростом числа малых космических аппаратов (МКА). При этом основным способом запуска таких аппаратов на орбиту является попутное выведение, когда МКА выводится одним пуском с более крупным космическим аппаратом (КА).

Этот способ получил распространение в основном благодаря низкой удельной цене, которую производитель КА платит за его выведение. Однако мировая практика показывает, что выведение КА в качестве попутной нагрузки имеет и свои недостатки, в частности:

  • параметры орбиты МКА определяются параметрами орбиты целевой нагрузки;
  • время старта определяется временем старта целевой миссии;
  • необходимость согласовывать конструктивные характеристики МКА с характеристиками целевой нагрузки;
  • создатели КА, являющегося целевой нагрузкой, как правило, неохотно соглашаются на присутствие попутных нагрузок.

Эти и другие обстоятельства накладывают определенные ограничения на разработчиков МКА. В ряде случаев эти ограничения могут иметь принципиальный характер и негативно сказаться на судьбе миссии в целом. При этом производитель МКА часто согласен для разрешения этих противоречий даже отказаться от такого достоинства попутного запуска, как его низкая цена.

Таким образом, становится актуальным создание сверхлегкой ракеты-носителя, способной осуществлять вывод МКА массой от нескольких десятков до первых сотен килограммов на низкую околоземную либо солнечно-синхронную орбиту.

В 2020–2021 гг. в МГТУ им. Н.Э. Баумана в рамках конкурса, осуществлявшегося под эгидой аналитического центра «Аэронет» проводилась работа по определению проектного облика и оценке характеристик РН СЛК, которая могла бы быть в разумные сроки разработана и изготовлена на имеющейся в Российской Федерации производственной базе.

В основу концепции ракеты были положены следующие принципы:

  • максимально возможное использование в РН готовых элементов и производственной оснастки серийных изделий для минимизации затрат на разработку и подготовку производства;
  • принятие компоновочных решений, обеспечивающих минимальное количество составных частей РН и оптимальных конструктивно-силовых схем;
  • использование в составе конструкции ракетного блока 1-й ступени доступных конструкционных материалов отечественного производства;
  • изготовление ракетного блока второй ступени из углерод-углеродного композиционного материала;
  • использование электронной компонентной базы промышленного класса;
  • использование в составе двигательной установки (ДУ) первой и второй ступени одной и той же камеры жидкостного ракетного двигателя (ЖРД), что позволит существенно сократить расходы на разработку ДУ;
  • использование топливных компонентов «жидкий кислород — сжиженный природный газ (метан)»;
  • использование мобильного стартового комплекса, позволяющего осуществлять запуск с любой точки территории Российской Федерации, удовлетворяющей требованиям безопасности запуска для населения, инфраструктуры и окружающей среды, условиям международных соглашений и специальным требованиям со стороны государственных структур;
  • возможность адаптации стартового устройства под базирование на океанском судне;
  • возможность осуществления дальнейшей модернизации первой ступени с целью обеспечения ее многоразового применения либо установки клиновоздушного ЖРД.

В качестве базового рассматривался вариант двухступенчатой РН стартовой массой 20000 кг, обеспечивающей выведение КА массой до 250 кг на круговую солнечно-синхронную орбиту высотой 500 км. В ходе выполнения проектных работ использовались методики, ранее разработанные и изложенные в трудах специалистов МГТУ им. Н.Э. Баумана и СГАУ им. С.П. Королёва [1–6]. Результаты работ были представлены конкурсной комиссии и получили положительную оценку экспертов. В предлагаемом докладе приводятся основные из них: конструктивный облик РН СЛК, основные характеристики носителя и двигательной установки, результаты проектно-баллистического анализа, массовая сводка, экономические оценки.

В дальнейшем полученные результаты могут использоваться МГТУ им. Н.Э. Баумана и заинтересованными предприятиями российской космической отрасли в качестве исходных данных для дальнейшего эскизного проектирования ракеты-носителя сверхлегкого класса.

Литература
  1. Мухамедов Л.П. Основы проектирования транспортных космических систем. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 266 с.
  2. Ковалёв Б.К. Развитие ракетно-космических систем выведения. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 400 с.
  3. Васильев А.П., Кудрявцев В.М., Кузнецов В.А. и др. Основы теории и расчёта жидкостных ракетных двигателей: в 2 кн. / под ред. В.М. Кудрявцева. М.: Высшая школа, 1993.
  4. Дорофеев А.А. Основы теории тепловых ракетных двигателей. Теория, расчет и проектирование. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 576 с.
  5. Каргин Н.Т., Волоцуев В.В. Конструкция и проектирование изделий ракетно-космической техники. Ч. 1: Конструирование изделий ракетно-космической техники / Минобрнауки России, Самар. гос.аэрокосм. ун-т им. С.П. Королёва. Электрон. текстовые и граф. дан. (12,8 Мбайт). Самара, 2012. - 1 эл. опт. диск (CD-ROM).
  6. Куренков В.И. Конструкция и проектирование изделий ракетно-космической техники. Ч. 2: Основы проектирования ракет-носителей / Минобрнауки России, Самар. гос. аэрокосм. ун-т им. С.П. Королёва. Электрон. текстовые и граф. дан. (5,6 Мбайт). Самара, 2012. 1 эл. опт. диск (CD-ROM).
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.