Способ выведения полезного груза на орбиту

 

Сущность изобретения: способ заключается в заправке носителя топливом в количестве, включающем гарантийный запас, полет ракеты-носителя по траектории выведения, перекачку топлива из одной ступени в другую, отделение полезного груза. При заправке ракеты-носителя топливом гарантийный запас топлива по крайней мере одной ступени частично или полностью размещают в последующей ступени или в полезном грузе, а перекачку топлива в полете производят подавая требуемое количество гарантийного запаса в предыдущую ступень ракеты-носителя.

Изобретение относится к космической технике, конкретно к способам выведения полезного груза на орбиту с помощью транспортных космических систем, преимущественно с помощью ракет-носителей.

Известен способ выведения полезного груза на орбиту с помощью носителя, включающий заправку носителя необходимым для выведения полезного груза топливом, полет носителя по траектории выведения, в процессе которого осуществляется перекачка топлива из одной ступени в другую [1] Недостатком известного способа является выведение носителем на орбиту меньшей массы, чем потенциально возможная.

Изобретение направлено на устранение указанного недостатка, а именно на увеличение максимальной массы полезного груза, выводимой носителем.

Указанная задача решается тем, что в способе выведения полезного груза на орбиту с помощью многоступенчатой ракеты-носителя, заключающемся в заправке носителя топливом в количестве, включающем гарантийный запас, полет ракеты носителя по траектории выведения, перекачку топлива из одной ступени в другую, отделение полезного груза, согласно изобретению при заправке ракеты-носителя топливом гарантийный запас топлива по крайней мере одной ступени частично или полностью размещают в последующей ступени или в полезном грузе, а перекачку топлива в полете производят подавая требуемое количество гарантийного запаса в предыдущую ступень ракеты-носителя.

Известно, что ракеты-носители помимо расчетного запаса топлива заправляют еще и так называемыми гарантийными запасами топлива, которые с вероятностью, близкой к единице, обеспечивают выведение космического аппарата на орбиту с требуемыми параметрами при возмущенном полете ракеты. Эти возмущения вызываются изменениями состояния атмосферы, отклонениями аэродинамических характеристик ракеты, погрешностями производства ракеты, ошибками системы управления, отклонениями доз заправки и характеристик топлива, изменениями параметров двигателей и режимов их работы, в частности изменением величины соотношения расхода компонентов, и рядом других факторов. Величина выработанной в полете массы топлива из гарантийного запаса является величиной случайной, при этом гарантийные запасы редко вырабатываются в полете полностью. Поэтому в отделяемых ступенях ракеты зачастую остаются невыработанные остатки топлива, оказавшиеся пассивным грузом. Эти остатки топлива, полностью или частично, могли бы быть использованы для увеличения массы полезного груза, выводимого ракетой. В соответствии с изобретением, это может быть выполнено следующим образом.

Для примера рассмотрим двухступенчатую ракету-носитель, выводящую на орбиту спутник с длительным сроком существования, на котором в качестве рабочего тела системы ориентации и коррекции орбиты используется такое же топливо, как и на ракетоносителе. Топливный баки спутника и второй ступени ракеты, а также топливные баки второй ступени и первой ступени сообщены гидравлическими магистралями, снабженными запорной арматурой. Масса спутника равна максимальной расчетной массе полезного груза, которую может вывести ракета. Предположим, однако, что для решения задач запуска в полном объеме, запас рабочего тела в спутнике должен быть увеличен, при этом масса спутника будет превышать максимально допустимую.

В соответствии с предлагаемым способом при заправке ракеты топливом част массы гарантийного запаса первой ступени (например, половина) размещается во второй ступени, а часть гарантийного запаса второй ступени в спутнике. После старта ракета движется по траектории выведения на орбиту. Система управления оценивает требуемое количество топлива, необходимое для достижения первой ступенью требуемых параметров полета, и сравнивает с фактическим количеством топлива в ее в баках. В том случае, если возникает необходимость использования гарантийного запаса топлива, размещенного во второй ступени, открывают клапаны трубопроводов, соединяющих баки второй и первой ступени ракеты, и необходимая часть гарантийного запаса самотеком (или с помощью топливного насоса первой ступени) перемещается из второй ступени в первую. Вероятность того, что к моменту отделения первой ступени весь ее гарантийный запас, размещенный во второй ступени, будет выработан, очень мала, поскольку мала вероятность отклонения всех случайных возмущений на максимальную величину и в одну сторону. Поэтому во второй ступени с достаточно большой вероятностью останется хотя бы часть гарантийного запаса топлива первой ступени. Этот остаток используют как дополнительное топливо для второй ступени, что позволяет вывести на орбиту большую массу. Аналогично мала вероятность того, что будет выработан весь гарантийный запас топлива второй ступени. В этом случае после отделения от ракеты-носителя на спутнике останется запас топлива, превышающий расчетное значение нормальной заправки топливом, что позволит увеличить время его активного существования и в конечном итоге снизить затраты на замену исчерпавших свой ресурс спутников.

Изобретение позволяет снабдить спутник или другой космический аппарат дополнительным топливом сверх расчетного максимально допустимого его количества. Поскольку на ракетах-носителях гарантийные запасы топлива достигают 2 3% от полной заправки, масса дополнительного топлива на спутнике может достигать десятков и сотен килограмм в зависимости от стартовой массы ракеты. В тех случаях, когда нет необходимости увеличить запас топлива на космическом аппарате, изобретение позволяет уменьшить гарантийный запас топлива носителя и тем самым уменьшить стартовую массу ракеты.

Изобретение может быть использовано на любых носителях, однако предпочтительной областью использования являются ракеты-носители и ситуации, когда на космическом аппарате необходимо увеличить запас топлива, но масса аппарата при этом повышается сверх предельной величины массы, которую может вывести носитель.

Формула изобретения

Способ выведения полезного груза на орбиту с помощью многоступенчатой ракеты-носителя, заключающийся в заправке носителя топливом в количестве, включающем гарантийным запас, полет ракеты-носителя по траектории выведения, перекачку топлива из одной ступени в другую, отделение полезного груза, отличающийся тем, что при заправке ракеты-носителя топливом гарантийный запас топлива, по крайней мере одной ступени, частично или полностью размещают в последующей ступени или в полезном грузе, а перекачку топлива в полете производят, подавая требуемое количество гарантийного запаса в предыдущую ступень ракеты-носителя.