Звездолет с ядерной силовой установкой и атомный ракетный двигатель

Изобретений относится к ракетной технике и может быть использовано преимущественно в ракетах-носителях для межзвездных полетов. В звездолете с ядерной силовой установкой, содержащем центральный модуль первой ступени с боковыми модулями первой ступени и центральный блок второй ступени с боковыми модулями второй ступени, боковые модули соединены с центральными соединительными штангами, имеющими возможность расстыковки, при этом все модули имеют корпус, баки водорода внутри корпусов, и, по меньшей мере, по одному ракетному двигателю в каждом центральном модуле и системы перелива водорода из боковых модулей в центральный, при этом он содержит установленные в центральных модулях ядерные реакторы, соединенные трубопроводами циркуляции теплоносителя с ракетными двигателями боковых модулей. К боковым модулям присоединены дополнительные боковые модули, содержащие корпуса, баки окислителя, горючего и жидкостно-ракетные двигатели. Может быть применено четное число боковых модулей первой ступени, а блоки сопел крена первой ступени могут быть установлены на двух диаметрально противоположных боковых ракетных модулях первой ступени. Может быть применено нечетно число боковых модулей первой ступени, а блоки сопел крена первой ступени могут быть установлены на всех боковых ракетных модулях первой ступени. Количество боковых модулей второй ступени может соответствовать количеству боковых ракетных блоков первой ступени. Количество боковых модулей третьей ступени может соответствовать количеству боковых ракетных блоков первой ступени. Боковые модули всех ступеней установлены в одинаковых продольных плоскостях, проходящих через продольную ось ракеты-носителя. Дополнительные боковые модули могут быть прикреплены к боковым модулям попарно. В атомном ракетном двигателе, содержащем камеру расширения и систему подачи в нее подогретого водорода, согласно изобретению в систему подвода водорода входят теплообменник, к которому присоединены трубопроводы рециркуляции теплоносителя, соединенные, в свою очередь, с атомным реактором, трубопровод подачи водорода соединен с входным коллектором камеры расширения, выходной коллектор камеры расширения соединен с входным патрубком водорода на теплообменнике, выходной патрубок водорода соединен с газоводом и далее с камерой расширения. Изобретение обеспечивает увеличение скорости и дальности полета, повышение безопасности полета, улучшение управления вектором тяги. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 17 ил.

 

Изобретение относится к ракетной технике, конкретно к ракетам для межзведных перелетов с жидкостным ракетным двигателем, выполненным по закрытой схеме, с дожиганием газогенераторного газа, и к средствам управления ракетой по крену, и предназначено для управления вектором тяги двигателя и ракетой по тангажу, рысканию и крену.

Известны технические решения, предусматривающие использование в многоступенчатой РН однобаковых ракетных модулей (РМ). Примером применения однобаковых РМ может служить первая ступень ракеты-носителя "Протон" [1], в которой шесть однобаковых РМ крепятся к центральному топливному баку (ТБ). Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) каждого модуля получает один компонент топлива из бака собственного блока, другой - из центрального топливного бака при помощи межмодульной топливной магистрали (ТМ). Применение такой схемы позволило уменьшить длину ступени и размерность баков, что, в свою очередь, дало возможность транспортировать ее поблочно по железной дороге. Недостатком РН является невысокое энергомассовое совершенство первой ступени, обусловленное ее конструктивной схемой и типом применяемого топлива. Для того чтобы РН была эффективной, на ней устанавливаются еще две ступени, соединенные с первой по схеме "тандем". Двигатели этих ступеней запускаются в полете, что отрицательно сказывается на надежности носителя. Кроме того, размерность верхних ступеней потребовала установки на них двигателей другого класса тяги, чем на первой, т.е. носитель оказался неунифицированным по ЖРД. Статистика аварий РН "Протон" показывает, что значительная их доля была связана с работой двигателей верхних ступеней.

Известно применение объединенных в связки пар однобаковых блоков ([2] - "ОТРАГ"), в котором ракета составлялась из пар однобаковых блоков, имеющих собственный двигатель и единственный топливный бак, и применясь вытеснительная система подачи топлива. В качестве топлива использовались керосин и концентрированная азотная кислота. Во время полета между блоками в паре происходил обмен недостающими компонентами топлива. Основной недостаток такой схемы - требуемая высокая ступенчатость для компенсации низких энергомассовых характеристик ракеты (до 6 ступеней у носителей "ОТРАГ"), результатом чего явилось большое - от нескольких десятков до 600 - количество пар блоков. Следствием такого количества элементов явилась низкая расчетная надежность ракеты. Кроме того, в ракете отсутствовал центральный, стержневой элемент при том, что полезный груз устанавливался тандемно с ней. Отсутствие такого элемента в конструкции PH способствует развитию неустойчивости в полете и приводит к повышенным вибровоздействиям на полезный груз и саму конструкцию ракеты.

Известен проект технологического ряда PH "Ангара" [3], первая ступень которых имеет в своей основе унифицированные двухбаковые РМ, собранные по схеме "пакет". Один из модулей является центральным, остальные располагаются симметрично вокруг него. В семействе PH "Ангара" все модули имеют высокую степень унификации - используют одинаковые компоненты топлива, однотипные двигатели, топливные баки одинакового диаметра и объема. Это позволяет сократить затраты на разработку ракет-носителей и создание производственной базы.

Но эти носители имеют следующие недостатки. Для повышения эффективности на последнем участке работы первой ступени проводят дросселирование ЖРД центрального РМ (ЦРМ). Это позволяет к окончанию работы боковых ракет-носителей иметь некоторый остаток топлива в баках ЦРМ. Сброс боковых РМ и автономный полет центрального РМ повышают грузоподъемность носителя, но глубокое дросселирование двигателя невозможно без ухудшения его характеристик и уменьшения надежности. Умеренное дросселирование без существенных последствий позволяет добиться относительно небольшого, около 20%, остатка топлива в баках центрального ракетного модуля. Таким образом, связка из нескольких унифицированных блоков оказывается слабоэффективной для запусков искусственных спутников. Установленная на PH вторая ступень - дополнительный ракетный блок, расположенный соосно с центральным ракетным модулем, существенно повышает массу выводимого полезного груза. Но этот блок вносит в ракету-носитель два существенных недостатка. Во-первых, запуск его двигателя производится в полете, что не дает возможности в случае невключения остановить пуск. Во-вторых, блок второй ступени не унифицирован с блоками первой ступени, что требует организации для него отдельного производства. Еще одним недостатком носителя является то, что отказ в полете двигателя любого из блоков первой ступени на всем протяжении его работы, за исключением самых последних секунд, неизбежно приводит к невыполнению задачи полета PH. Это вызвано неиспользуемым остатком топлива в аварийном блоке, который не позволяет носителю набрать достаточную скорость.

Известны также PH пакетной схемы, в которой оба компонента из двухбаковых ракетных блоков (модулей) передаются в блоки последующих ступеней в процессе их совместной работы с тем, чтобы к моменту разделения ступеней обеспечить максимальное заполнение баков модулей работающей компоновки [4]. Носитель состоит из нескольких двухбаковых ракетных модулей, собранных по схеме "пакет", и головной части, содержащей полезный груз. Головная часть может также содержать ракетный блок - дополнительную верхнюю ступень. Пакетная компоновка может содержать различное количество РМ, которые являются модулями не менее чем двух ступеней. Последняя ступень состоит из одного блока, на который сверху устанавливается головная часть. Ракетные модули всех ступеней до предпоследней включительно оборудованы средствами отделения в полете от основной компоновки. Ракета носитель снабжена системой перелива компонентов топлива между модулями, состоящей из межмодульных топливных магистралей, которыми соединены собственные топливные магистрали модулей каждой предыдущей и последующей ступеней. На межмодульных топливных магистралях установлены отрывные гидроразъемы и по два отсечных клапана с обеих сторон от них. Кроме того, на каждой собственной топливной магистрали модулей, за исключением модулей первой ступени, выше мест соединения с межмодульными топливными магистралями установлены пусковые клапаны.

Ракета-носитель может быть изготовлена в нескольких модификациях, отличающихся количеством боковых РМ, их расположением относительно центрального ракетного модуля, количеством РМ в каждой ступени.

Согласно [4] схема системы перелива компонентов топлива выглядит следующим образом. На топливных магистралях модулей последующей ступени, соединяющих их топливные баки с блоками ЖРД, установлены пусковые клапаны. Между модулями предшествующей и последующей ступеней проложены топливные магистрали, соединяющие топливные магистрали модулей предшествующей ступени с топливными магистралями соответствующего компонента модулей последующей ступени ниже установленных на них пусковых клапанов. На межмодульных топливных модулях в межмодульном пространстве установлены отрывные гидроразъемы, а с обеих сторон от них - отсечные клапаны. Последней ступенью является ЦРМ, из которого топливо не переливается.

Всего в ракете носителе имеется по две межмодульных топливные магистрали на каждый боковой блок.

Представленная ракета носитель [4] наиболее близка предлагаемой и выбрана в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является возрастающая сложность при увеличении количества составляющих блоков: с каждым дополнительным ракетным модулем, начиная со второго, ракета носитель получает два топливных бака с обеспечивающими их работу системами и две межмодульные ТМ, каждая из которых содержит два отсечных клапана и один отрывной гидроразъем. Кроме того, ракетный модуль второй и последующих ступеней содержат два пусковых клапана на собственных топливных магистралей модуля. Наличие этих устройств неблагоприятно влияет на надежность ракеты носителя, так как все они срабатывают в процессе полета, а отказ большинства из них вызывает аварию ракеты носителя. По крайней мере, авария произойдет при нерасстыковке отрывных гидроразъемов и незакрытии отсечных клапанов со стороны работающей ступени.

Возрастающее количество межмодульных топливных модулей с отрывными гидроразъемами отражается на массе и стоимости изготовления конструкции. Большое количество баков также увеличивает сухую массу и стоимость изготовления РН. Это связано не только с необходимостью установки в каждом баке систем контроля; состояния компонента, но и с объемом внутрибаковых работ, после которых должна быть обеспечена его высокая чистота. В процессе производства баков требуется и очистка изнутри их стенок. Объем этой работы пропорционален суммарной площади внутренней поверхности баков, которая пропорциональна количеству ракетных модулей.

Особенно сложен контроль внутреннего состояния баков у многоразовых модулей. Дополнительную сложность вносит трубопровод компонента, расположенного в верхнем баке блока, обычно прокладываемый через нижний бак. Он целиком или частично подвешен в положении, близком к вертикальному, и при возвращении испытывает поперечные нагрузки, в несколько раз превышающие нагрузки при транспортировке и выведении. Производство ракетных блоков в многоразовом варианте потребует укрепления внутрибакового топливопровода или прокладке его по внешней поверхности бака, что приведет к увеличению их сухой массы.

Известна также ракета-носитель по патенту РФ №2291817 (прототип звездолета-ракеты). Эта ракета содержит несколько ступеней, каждая из которых, в свою очередь, содержит центральный и боковые модули. Каждый модуль содержит корпус, баки окислителя и горючего и систему перелива одного из компонентов топлива. Топливо, предназначенное для перелива в другие блоки, распределяется покомпонентно по двухбаковой ракетой-носителем так, что в каждом из них только один компонент включает долю, предназначенную для перелива. Кроме того, это достигается обратным расположением баков в модулях разных ступеней и тем, что межмодульные топливные магистрали компонента верхних баков предыдущей ступени соединяются непосредственно с баками того же компонента последующей ступени, имеющими нижнее расположение в модулях. Это позволит вдвое сократить количество межмодульных топливных магистралей, а также сократить число пусковых клапанов и тем самым увеличить надежность и уменьшить стоимость изготовления ракеты-носителя.

Задачи создания изобретения - увеличение скорости и дальности полета, повышение безопасности полета, улучшение управление вектором тяги.

Решение указанных задач достигнуто в звездолете с ядерной силовой установкой, содержащем центральный модуль первой ступени с боковыми модулями первой ступени и центральный блок второй ступени с боковыми модулями второй ступени, боковые модули соединены с центральными соединительными штангами, имеющими возможность расстыковки, при этом все модули имеют корпус, баки водорода внутри корпусов центральных модулей и, по меньшей мере, по одному ракетному двигателю в каждом центральном модуле, при этом согласно изобретению в центральных модулях установлены ядерные реакторы, а ракетные двигатели этих модулей выполнены ядерными и соединены трубопроводами циркуляции теплоносителя с ядерными реакторами и топливными трубопроводами - с водородными баками. К боковым модулям присоединены дополнительные боковые модули, содержащие корпуса, баки окислителя, горючего и жидкостно-ракетные двигатели. Может быть применено четное число боковых модулей первой ступени, а блоки сопел крена первой ступени могут быть установлены на двух диаметрально противоположных боковых ракетных модулях первой ступени. Может быть применено нечетно число боковых модулей первой ступени, а блоки сопел крена первой ступени могут быть установлены на всех боковых ракетных модулях первой ступени. Количество боковых модулей второй ступени может соответствовать количеству боковых ракетных блоков первой ступени. Количество боковых модулей третьей ступени может соответствовать количеству боковых ракетных блоков первой ступени. Боковые модули всех ступеней установлены в одинаковых продольных плоскостях, проходящих через продольную ось ракеты-носителя. Дополнительные боковые модули могут быть прикреплены к боковым модулям попарно.

Решение указанных задач достигнуто в атомном ракетном двигателе, содержащем камеру расширения и систему подачи в нее подогретого водорода, тем, что согласно изобретению в систему подвода водорода входят теплообменник, к которому присоединены трубопроводы рециркуляции теплоносителя, соединенные, в свою очередь, с атомным реактором, трубопровод подачи водорода соединен с входным коллектором камеры расширения, выходной коллектор камеры расширения соединен с входным патрубком водорода на теплообменнике, выходной патрубок водорода соединен с газоводом и далее с камерой расширения.

Сущность изобретения поясняется чертежами где

- на фиг.1 и 2 приведена схема звездолета,

- на фиг.3 приведена схема отстыковки дополнительных боковых модулей,

- на фиг.4 приведена схема отстыковки боковых модулей,

- на фиг.5…10 приведен вид А фиг.1,

- на фиг.13 приведена схема бокового модуля,

- на фиг.14 приведена схема атомного ракетного двигателя,

- на фиг.15 - схема жидкостного ракетного двигателя,

- на фиг.16 приведена схема атомного ракетного двигателя с системой управления по крену,

- на фиг.17 - схема жидкостного ракетного двигателя с системой управления по крену.

Звездолет (фиг.1…17) выполнен модульной конструкции и содержит сколь угодно большое количество ступеней. В дальнейшем описан пример трёхступенчатого звездолета модульной схемы. При выполнении модульной схемы возможно собрать из одного или двух (трех) модулей сколь угодно большое количество ракет носителей любого назначения и с любой энерговооруженностью.

Конкретно описан звездолет на примере (фиг.1…17) трехступенчатой модульной ракеты (звездолета). Звездолет содержит три ступени (фиг.1…4), а именно, центральный модуль первой ступени 1, боковые модули первой ступени 2, центральный модуль второй ступени 3 с боковыми модулями второй ступени 4, центральный модуль третьей ступени 5 с боковыми модулями третьей ступени 6 и головную часть 7 (полезную нагрузку). Центральный модуль второй ступени 3 соединен с центральным модулем первой ступени 1 при помощи фермы 8, а центральный модуль второй ступени 3 и центральный модуль третьей ступени 5 соединены фермой 9. Кроме того, к боковым модулям первой ступени 2 присоединены дополнительные боковые модули первой ступени 10, к боковым модулям второй ступени 4 присоединены дополнительные боковые модули второй ступени 11, к боковым модулям третьей ступени 6 присоединены дополнительные боковые модули третьей ступени 12.

Центральные модули всех ступеней 1, 3 и 5 имеют корпус 13, водородный бак 14, ядерный ракетный двигатель 15. Боковые модули 2, 4 и 6 и дополнительные боковые модули 9…11 оснащены жидкостными ракетными двигателями 16. Все центральные модули 1, 3 и 5 имеют ядерные реакторы 17, которые трубопроводами рециркуляции теплоносителя 18 и 19 соединены с ядерными ракетными двигателями 15. В линии трубопровода рециркуляции 18 установлен насос 20.

Боковые модули 2, 4 и 6 содержат корпус 21, бак окислителя 22, бак горючего 23.

Все жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) 16 могут быть выполнены одинаковой конструкции или отличаться только степенью расширения сопла. Боковых модулей первой ступени 2 может быть применено либо четное число (фиг.6, 7 и 11) или нечетное (фиг.5, 8 и 12).

Боковых модулей третьей ступени 6, второй ступени 4, также как и первой 2, может быть применено либо четное число или нечетное, но наиболее предпочтительный вариант, когда число боковых модулей третьей ступени 6 и второй ступени 4 соответствует числу боковых модулей первой ступени 2 (фиг.1).

На центральных модулях 1, 3 и 5 установлено не менее двух блоков сопел крена 24, а на всех боковых модулях 2, 4 и 6 или на некоторых из них (не менее двух), также установлены блоки сопел крена 24, содержащие по два оппозитно установленных сопла.

Звездолет выполнен с отделяемыми боковыми модулями 2, 4 и 6, которые прикреплены к соответствующему центральному модулю 1, или 3, или 5 каждый двумя соединительными штангами 25 (фиг.1 и 2). Соединительные штанги 25 выполнены с возможностью расстыковки в полете при помощи средства отстыковки 26.

Головная часть 7 прикреплена к центральному модулю третьей ступени 5 соединительными штангами 25 со средствами отстыковки 26, выполненными с возможностью отделения в полете, например, при помощи пироболтов.

Звездолет может быть оборудован силовыми штангами 27 (фиг.2), например, установленными под углом к центральным модулям 1, 3 и 5. Кроме того, звездолет может быть оборудован дополнительными штангами 28 (фиг.6), соединяющими боковые модули 2, 4 и 6 между собой,

для повышения жесткости конструкции звездолета. Кроме того, боковые модули 2, 4 и 6 соединены с дополнительными боковыми модулями 10, 11 и 12, соответственно средствами отстыковки 26 (фиг.1).

Как отмечено ранее, на трехступенчатой ракете на боковых модулях 2, 4 и 6 установлено не менее двух блоков сопел крена 24 (фиг.1, 5-12).

В этом случае компоновка установки блоков сопел крена 24 может быть выполнена как это указано на фиг.6, 7 и 11, т.е. при четном числе боковых модулей 2, 4 и 6 может быть применено только два блока сопел крена 24, а при нечетном - число блоков сопел крена 24 равно числу боковых модулей 2, или 4, или 6 (фиг.5, 8, 9 и 12).

Ядерный ракетный двигатель 15 (фиг.14) содержит камеру расширения 29, выполненную с возможностью качания в двух плоскостях, теплообменник 30, прикрепленный к ней при помощи шарнирных тяг 31, и газовод 32, соединяющий камеру расширения 29 с теплообменником 30. Камера расширения 29 содержит головку 33, цилиндрическую часть 34 и сопло 35, выполненное с регенеративным охлаждением. Охлаждение осуществляется жидким водородом. Сопло 35 содержит входной и выходной коллекторы 36 и 37. В верхней части ядерного ракетного двигателя 15 установлен узел подвески 38 камеры расширения 29. Он обеспечивает качание камеры расширения 29 в одной плоскости относительно центра узла подвески 38 для управления вектором тяги R, с целью управления звездолетом по углам тангажа и рыскания.

Для этого каждый ядерный ракетный двигатель 15 (фиг.14) содержит приводы 39, выполненные, например, в виде гидроцилиндров 40, прикрепленных к силовой раме 41 и имеющих штоки 42. На камере расширения 29, на ее цилиндрической части 34, выполнены верхнее и нижнее силовые кольца 43 и 44 соответственно. К нижнему силовому кольцу 44 шарнирно прикреплены штоки 42 приводов 39. Приводы 39 служат для управления звездолетом по углам тангажа и рыскания. К верхнему силовому кольцу 43 прикреплена промежуточная рама 45, к которой крепится узел подвески 38, обеспечивающий качание камеры расширения 29 в двух плоскостях.

Пневмогидравлическая схема обвязки ядерного ракетного двигателя 15 (фиг.14) содержит по линии теплоносителя ядерный реактор 17, к которому подсоединены трубопроводы рециркуляции теплоносителя 18 и 19 (подводящий и отводящий, при этом насос циркуляции 20 установлен в трубопроводе рециркуляции теплоносителя 18). На трубопроводе рециркуляции теплоносителя 18 установлен регулятор расхода 46, пускоотсечной клапан 47 и сильфон 48, далее этот трубопровод подсоединен к входному патрубку 49, выполненному на теплообменнике 30. К выходному патрубку 50 теплообменника 30 присоединены сифон 51 и трубопровод рециркуляции 19, который другим концом соединен с ядерным реактором 17.

По линии водорода бак водорода 14 трубопроводом 53 соединен через регулятор расхода 52, пускоотсечной клапан 54 и сильфон 55 соединены с входным коллектором 36. Выходной коллектору 37 трубопроводом 56 соединен с входным патрубком водорода 57, выходной патрубок водорода 58 соединен газоводом 32 с головкой 33 камеры расширения 29.

Жидкостный ракетный двигатель 16 (фиг.15) выполнен по схеме, частично сходной с ядерным ракетным двигателем 15, только теплообменник 30 отсутствует, и применена турбонасосная схема подачи. ЖРД 16 (фиг.15) содержит камеру сгорания 100, выполненную с возможностью качания в двух плоскостях, газогенератор 59 и турбонасосный агрегат (ТНА) 60, подстыкованный к камере сгорания 100 посредством газовода 32. ТНА 60, в свою очередь, содержит турбину 61, насос окислителя 62, насос горючего 63. Турбонасосный агрегат 60 может содержать дополнительный насос горючего 64.

Выход из насоса горючего 63 соединен трубопроводом 65 с входом в дополнительный насос горючего 64. Камера сгорания 100 содержит головку 66, цилиндрическую часть 67 и сопло 68. Газогенератор 59 и ТНА 60 закреплены на камере сгорания 100 при помощи двух шарнирных тяг 69. В верхней части жидкостного ракетного двигателя 16 установлен узел подвески 70 камеры сгорания 100. Он обеспечивает качание камеры сгорания 100 в двух плоскостях относительно центра узла подвески 70 для управления вектором тяги R, с целью управления ракетой по углам тангажа и рыскания.

Для этого каждый жидкостный ракетный двигатель 16 содержит приводы 71, выполненные, например, в виде гидроцилиндров 72, прикрепленных к силовой раме 41 и имеющих штоки 73. На камере сгорания 100, на ее цилиндрической части 67, выполнены верхнее и нижнее силовые кольца 101 и 74 соответственно. К нижнему силовому кольцу 74 шарнирно прикреплены штоки 73 приводов 71. Приводы 71 служат для управления звездолетом (ракетой) по углам тангажа и рыскания. К верхнему силовому кольцу 101 прикреплена промежуточная рама 75, к корой крепится узел подвески 70, обеспечивающий качание камеры сгорания 100 в двух плоскостях.

Возможная пневмогидравлическая схема ЖРД 16 приведена на фиг. 15 и 17 и содержит трубопровод горючего 76, подсоединенный одним концом к выходу из насоса горючего 63, содержащего пускоотсечной клапан 77. Выход этого трубопровода соединен с входным коллектором 36 камеры сгорания 100. Выход из насоса окислителя 62 трубопроводом окислителя 78, содержащим пускоотсечной клапан окислителя 79, соединен с газогенератором 59. Также выход из дополнительного насоса горючего 64 трубопроводом горючего 80, содержащим пускоотсечной клапан горючего 81 и регулятор расхода 82, соединен с газогенератором 59. На газогенераторе 59 и на камере сгорания 100 установлены, по меньшей мере, по одному запальному устройству 83.

Двигатели 15 и 16 оборудованы блоком управления 84 (фиг.3), который электрическими связями 85 соединен с запальными устройствами 83 и с пускоотсечными клапанами 79, 81 и регулятором расхода 82.

Особенностью жидкостного ракетного двигателя 16 (фиг.1, 13 и 14) является то, что ТНА 60 жестко прикреплен к камере сгорания 100 при помощи газовода 85 и не менее чем двух шарнирных тяг 69, и камера сгорания 100 имеет возможность поворачиваться относительно центра узла подвески 70 в обеих плоскостях вместе с ТНА 60. Для того чтобы обеспечить эту возможность на входе в насос окислителя 62, установлены в двух взаимноперпендикулярных плоскостях сильфон 86, а на входе в насос горючего 63 - сильфон 87.

Для питания горючим (перегретым водородом) блоков сопел крена 24 ядерного ракетного двигателя 15 (Фиг.16) предусмотрены трубопроводы отбора горючего 88 с сильфоном 89.

Для питания блоков сопел крена 24 ЖРД 16 (фиг.17) кислым (газогенераторным газом) предусмотрен трубопровод отбора 90 с сильфоном 91, а для питания горючим - трубопровод 92 с сильфоном 93.

Все модули 1…6 содержат магистрали окислителя 94 и горючего 95. Магистраль окислителя 94 проходит через туннель 96 в баке горючего (фиг.13) и теплоизолирована теплоизоляционным покрытием 97.

На фиг.15 приведена конструкция жидкостного ракетного двигателя 16 и схема охлаждения камеры сгорания 100. Схема движения водорода в регенеративном тракте показана стрелками. Следует иметь в виду, что не все жидкостные ракетные двигатели 16 могут быть выполнены одинаковой конструкции, одинаковой схемы и размерности или отличаться мощностью при одинаковой схеме.

Силовые рамы 41 закреплены на основных силовых кольцах 98 (фиг.17 и 13) звездолета, а блоки сопел крена 24 - на нижних силовых кольцах 99 звездолета (фиг.16 и 17).

Запуск звездолета и его полет осуществляются следующим образом. В первую очередь запускаются жидкостные ракетные двигатели 16 центрального модуля первой ступени 1 и боковых модулей первой ступени 2. Жидкостный ракетный двигатель 16 (ЖРД) запускается следующим образом (фиг.1…17).

В исходном положении все клапаны двигателя закрыты. При запуске ЖРД 16 на горючем с блока управления 84 по электрическим каналам связи подается команда на ракетные клапаны окислителя и горючего (ракетные клапаны на фиг.1…17 не показаны). Первыми запускаются жидкостные ракетные двигатели 16 боковых модулей 2. Для этого после заливки насосов окислителя 62, насоса горючего 63 и дополнительного насоса горючего 64 открывают пускоотсечные клапаны 77, 79 и 81 (фиг. 15), установленные за насосом окислителя 62, после насоса горючего 63 и после дополнительного насоса горючего 64. Окислитель и горючее поступают в газогенератор 59, где воспламеняются при помощи запального устройства 83. Газогенераторный газ и горючее подается в камеру сгорании 100. Горючее охлаждает камеру сгорания 100, проходя через зазор, между оболочками ее сопла 68 и цилиндрической части 67, образующими регенеративный тракт охлаждения (фиг.15), выходит во внутреннюю полость камеры сгорания 100 для дожигания газогенераторного газа, идущего из газогенератора 59. Воспламенение этих компонентов осуществляется также запальным устройством 83, установленным на камере сгорания 100.

После запуска турбонасосного агрегата 60 (фиг. 15) газогенераторный газ подается из газогенератора 59 в турбину 61, раскручивается ротор ТНА 61 (на фиг.1…17 ротор не показан), давление на выходах насосов 62, 63 и 64 возрастает. Далее по газоводу 85 и через узел подвески 70 газогенераторный газ подается в головку 66 камеры сгорания 100. Часть газогенераторного газа отбирается по трубопроводу отбора газа 90 (фиг.17) и далее через сильфон 91 поступает в блоки сопел крена 24. В блоки сопел крена 24 поступает и горючее по трубопроводу 92 через сильфон 93 и происходит его воспламенение при помощи электрозапальника (на фиг.1…17 электрозапальники не показаны).

Для управления вектором тяги R при помощи привода 71 (фиг.15), воздействуя штоком 73 на нижнее силовое кольцо 74, поворачивают камеру сгорания 58 вместе с газогенератором 59 и ТНА 60 относительно точки центра узла подвески 70 на угол 7…11°. При этом направление вектора тяги R₁ отклоняется относительно первоначального положения R₀ продольной оси симметрии камеры сгорания 58 и относительно звездолета (ракеты), на которой этот жидкостный ракетный двигатель 16 установлен.

Для управления ракетой, на которой установлен жидкостные ракетные двигатели 16 по крену, подают команду с блока управления 84 (фиг. 17) на включение блоков сопел крена 24, точнее по одному соплу крена из каждой пары и их реактивная тяга создает крутящий момент, который через нижнее силовое кольцо ракеты 99 передается на звездолет, т.е. на корпус бокового модуля первой ступени 2 звездолета (то же самое касается модулей второй и третьей ступеней 4 и 6). После разъединения средств отстыковки 26 (фиг.3) боковые модули первой ступени 2 отбрасываются. Далее полет выполняет только центральный модуль первой ступени 1, при этом управление по крену осуществляют блоки сопел крена 24, установленные на его корпусе 13.

Следующим этапом отделяются боковые модули первой ступени 2 (при наличии дополнительных боковых моделей 10, раньше отделяются они).

Потом запускаются атомные ракетные двигатели 15 центрального модуля первой ступени 3. Для их запуска предварительно выводят на режим ядерный реактор 17, открывают пускоотсечной клапан 47, включат насос 20 и подают теплоноситель (вода или жидкий натрий) в теплообменник 30. Одновременно открывают пускоотсечной клапан 54 и водород подают во входной коллектор 36 для охлаждения камеры расширения 29, далее водород из выходного коллектор 37 по трубопроводу 56 через входной патрубок 57 подается в теплообменник 20 для дальнейшего нагрева. И перегретый водород подается по газоводу 32 в камеру расширения 29.

На следующем этапе отбрасывают центральный модуль первой ступени 1 и запускают жидкостные ракетные двигатели 16 боковых модулей вторых ступеней 4. Потом отбрасываются боковые модули второй ступени 4 и полет продолжает центральный модуль второй ступени 3 с вышестоящим модулем третьей ступеним 5 и головной частью 7 (Фиг.3). Потом отсоединяется ферма 9 и отстыковывается центральный модуль второй ступени 3, запускаются все двигатели 15 и 16 центрального модуля 5 и боковых модулей 6 и т.д

При аварийной ситуации на одном из боковых модулей 2, 4 или 6 с блока управления 84 подается команда на средство отстыковки 26 и аварийный боковой модуль 2 (или 4, или 6) отстыковывается и отбрасывается на безопасное расстояние. То же самое относится к дополнительным боковым модулям 10…12.

Применение изобретения позволило:

1. Значительно повысить скорость и дальность полета звездолета.

2. Повысить безопасность полета за счет возможности отстыковки и отделения неисправных боковых модулей и за счет того, что боковые модули значительно отдалены от центральных модулей, и аварии на них не повлияют на работоспособность центральных модулей.

3. Обеспечить надежное управление вектором тяги ЖРД и управление ракетой по углам тангажа, рыскания и крена за счет применения качающихся жидкостных ракетных двигателей и не менее двух блоков сопел крена, содержащих по два оппозитно установленных сопла крена, и рационального крепления их корпусов на ракете на нижних силовых кольцах.

4. Значительно повысить надежность работы системы управления ракетой по крену за счет применения не мене двух блоков сопел крена. Такая конструкция предотвращает невыполнение управления ракетой по крену, например, вследствие отказа пускоотсечного клапана горючего.

5. Облегчить сборку и доводку составных частей ракеты за счет применения ее модульной схемы.

6. Провести унификацию составных частей ракеты за счет ее модульности.

7. Обеспечить быстрое проектирование и сборку ракет различного назначения, энерговооруженности и конструкции за счет изменения числа боковых модулей и дополнительных боковых модулей.

Литература:

1. С.П.Уманский. "Ракеты-носители. Космодромы", Москва, издательство "Рестарт+", 2001 г.

2. "Космонавтика", Энциклопедия, 1985 г., Москва, издательство "СЭ", - "ОТРАГ"

3. Журнал "Новости Космонавтики", №3, 1999 г., с.48.

4. Патент США №5143328 от 01.09.1992, B64G 1/00, B64G 1/40.

1. Звездолет с ядерной силовой установкой, содержащий центральный модуль первой ступени с боковыми модулями первой ступени и центральный блок второй ступени с боковыми модулями второй ступени, боковые модули соединены с центральными соединительными штангами, имеющими возможность расстыковки, при этом все модули имеют корпус, баки водорода внутри корпусов центральных модулей и, по меньшей мере, по одному ракетному двигателю в каждом центральном модуле, отличающийся тем, что в центральных модулях установлены ядерные реакторы, ракетные двигатели этих модулей выполнены атомными и соединены трубопроводами циркуляции теплоносителя с ядерными реакторами и топливными трубопроводами с баками водорода.

2. Звездолет с ядерной силовой установкой по п.1, отличающийся тем, что к боковым модулям присоединены дополнительные боковые модули, содержащие корпуса, баки окислителя, горючего и жидкостно-ракетные двигатели.

3. Звездолет по п.1 или 2, отличающийся тем, что применено четное число боковых модулей первой ступени, а блоки сопел крена первой ступени установлены на двух диаметрально противоположных боковых ракетных модулях первой ступени.

4. Звездолет по п.1 или 2, отличающийся тем, что применено нечетное число боковых модулей первой ступени, а блоки сопел крена первой ступени установлены на всех боковых ракетных модулях первой ступени.

5. Звездолет по п.1, или 2, отличающийся тем, что количество боковых модулей второй ступени соответствует количеству боковых ракетных блоков первой ступени.

6. Звездолет по п.1 или 2, отличающийся тем, что количество боковых модулей третьей ступени соответствует количеству боковых ракетных блоков первой ступени.

7. Звездолет по п.1 или 2, отличающийся тем, что боковые модули всех трех ступеней установлены в одинаковых продольных плоскостях, проходящих через продольную ось ракеты-носителя.

8. Звездолет по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительные боковые модули прикреплены к боковым модулям попарно.

9. Атомный ракетный двигатель, содержащий камеру расширения и систему подачи в нее подогретого водорода, отличающийся тем, что в систему подвода водорода входят теплообменник, к которому присоединены трубопроводы рециркуляции теплоносителя, соединенные, в свою очередь, с атомным реактором, трубопровод подачи водорода соединен с входным коллектором камеры расширения, выходной коллектор камеры расширения соединен с входным патрубком водорода на теплообменнике, выходной патрубок водорода соединен с газоводом и далее с камерой расширения.