Многоцелевой трансформируемый гермоотсек

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно – к межпланетным аппаратам. Многоцелевой трансформируемый гермоотсек (МТГО) включает многослойный корпус, баки для воды и топлива, связанные между собой двигательную установку и пневмогидравлическую систему подачи топлива. Кроме того, имеются солнечные батареи и гермоотсек. Гермоотсек содержит систему жизнеобеспечения, многоцелевой отсек полезной нагрузки и служебный отсек. При этом многослойный корпус МТГО выполнен с возможностью трансформирования из лепестков радиационной защиты, метеороидной защиты. Достигается расширение арсенала технических средств. 2 з.п. ф-лы, 8 табл., 11 ил.

 

Изобретение относится к экспериментальным космическим орбитальным транспортным средствам и напланетным базам.

Опыт эксплуатации орбитальных станций «Салют», «Мир», «Скайлэб», МКС показал огромный дефицит потребных объемов гермоотсеков космических комплексов, необходимых для хранения на орбите сырья, материалов, запчастей, запасов пищи, воды и расходных материалов для обеспечения жизнедеятельности экипажей, проведения экспериментов, космического производства, обеспечения микрогравитации, размещения оранжереи по производству продуктов питания [1].

История вопроса

В качестве одного из доступных технических решений увеличения объемов гермоотсеков с 60-х годов 20-го века рассматривались надувные гермоотсеки (НГО). В США жизненный цикл создания НГО прошел стадии теоретических исследований [1], предварительного проектирования, рабочего проектирования демонстраторов для наземных испытаний и опытных образцов для летных испытаний [1, 2].

Патенты и права на работы по программе были скуплены частной компанией Bigelow Aerospace для использования в качестве базы для своего проекта орбитального надувного отеля Nautilus. Проект Bigelow Aerospace предусматривал вывод на орбиту рабочего модуля к 2015 году [1, 2].

Для отработки технологии, компания Bigelow Aerospace запустила 12 июля 2006 г первый модуль Genesis I на орбиту высотой 500 км [2]. Запуск был произведен с помощью ракеты-носителя "Днепр" из позиционного района «Домбаровский» (Оренбургская область). Масса модуля - 1400 кг, длина - примерно 4 метра, диаметр - 1,9 метров. После выведения на орбиту диаметр модуля должен был увеличиться вдвое. Позже в этот же день в компании подтвердили, что запуск прошел без замечаний и после выхода на орбиту модуль успешно развернулся.

В США предложен проект межпланетного корабля с надувным отсеком и искусственной гравитацией - Орбитальная станция «Наутилус-Х» [2].

В России в НПО им. С.А. Лавочкина разработано надувное тормозное устройство (НТУ) спускаемого аппарата, представляющее собой замкнутую герметичную оболочку или ряд оболочек, образующих, заданную форму после заполнения их газом [4]. Эта оболочка состыковывается с предназначаемым для спуска в атмосфере объектом (полезным грузом). При запусках НТУ находится под обтекателем РН в сложенном в компактный объем положении, а в космосе, непосредственно перед фазой аэродинамического торможения, приводится в развернутое рабочее положение. НТУ рассчитано на кратковременное экстремальное функционирование в условиях высоких температур и нагрузок.

Помимо модуля Genesis, взятого за прототип, компанией Bigelow Aerospace спроектированы модули Guardian - это прототип модуля отеля, выполненный уже в масштабе 1:2. В отличие от Genesis, он включал не только внешний корпус и систему развертывания, но и бортовую энергетическую систему, а также систему жизнеобеспечения [3].

Сравнительные характеристики известных надувных отсеков приведены в табл. 1.

К недостаткам надувных конструкций, ограничивающих область их применения, можно отнести меньшую жесткость оболочки, что не позволяет устанавливать на ней прецизионную астро-аппаратуру и остронаправленные антенны, а так же усложняет динамику перемещения таких объектов в пространстве, что требует комбинирования надувной конструкции с каркасной и цельнометаллическими элементами, что и предлагается автором.

Кроме того, новые материалы, создаваемые для надувных космических сооружений из-за малого объема производства весьма дороги, технологии работы с ними не отработаны, что обусловливает неоднородность свойств, требующих увеличивать коэффициенты запаса, что снижает экономическую эффективность их использования.

Задачей предложения является предложить конструкцию, обеспечивающую ее многоцелевое применение.

Так как развертывание орбитальных гермоотсеков может осуществляться сжимаемым газом, несжимаемой жидкостью и механизмами, поэтому правильнее такие конструкции называть трансформируемыми.

Автором предлагается несколько вариантов использования трансформируемых космических отсеков и приведена качественная и экономическая оценка преимуществ многоцелевых трансформируемых гермоотсеков (МТГО).

На начальном этапе предлагается использование достаточно широко используемых материалов, используемых в бронежилетах, дирижаблях, скафандрах и снаряжении спасательных, радиологических и дегазационных служб.

На основе изобретений автора и с помощью предлагаемой технологии и конструкции может быть создан модуль - трансформер для размещения на орбите Земли в составе орбитальных станций, на-орбите Луны и орбите Марса, а также в качестве напланетных модулей на соседних планетах в составе напланетных баз, в пещерах и на поверхностях соседних планет и других небесных тел для размещения генофонда земных видов жизни.

Автором рассматриваются следующие варианты применения трансформируемых герметичных конструкций:

- складское помещение;

- модули для утилизации отходов;

- тренажерный зал;

- столовая;

- оранжерея;

- укрытия напланетных баз;

- укрытия напланетных или орбитальных хранилищ от факторов космического пространства;

- укрытия промышленной зоны напланетной базы;

- расширения располагаемого обитаемого объема орбитальных станций;

- резервные помещения для обеспечения внутренней перекомпоновки орбитальной станции или экспедиционного комплекса в полете;

- конференц-зал в составе орбитального средства или напланетной базы;

- киностудия в составе орбитального средства или напланетной базы, для съемки учебных и художественных фильмов в космосе и о космосе;

- монтажно-испытательный комплекс для сборки экспедиционных комплексов на орбите [8-11, 15].

Рассмотрим особенности перечисленных вариантов применения МТГО и выявим признаки, обладающие новизной, которые в совокупности могут быть использованы во всех вариантах.

МТГО-склад промышленных отходов, представляет собой простейший вариант трансформируемой гермооболочки, к которому предъявляются самые мягкие требования. В принципе он может быть и негерметичным, не иметь каркаса и служить для складирования пакетов и коробок с отработанным и вышедшим из строя оборудованием и мусором для захоронения в акватории океана. Крепление грузов в МТГО-складе может осуществляться в типовых сотовых ячейках, снабженных шнуровками для фиксации грузов. Крепление МТГО-склада к ОС может осуществляться традиционным способом к одному из свободных портов или с помощью манипуляторов. После заполнения объема склада отходами, он стыкуется с отчаливающим от ОС грузовым кораблем типа «Союз», «Прогресс», «Клиппер», «Дрегон» и других, для сообщения ему тормозного импульса утилизации в океане. Учитывая, что стоимость аренды свободных объемов на орбитальной станции составляет около миллиона долларов в год за кубометр, доходы от размещения МТГО объемом 150 куб. м. на МКС могут составлять 150 млн. долларов в год, что обеспечивает окупаемость складского модуля за один год эксплуатации.

МТГО-тренажерный зал, представляет собой демпфирующую конструкцию для снижения нагрузок на ОС при проведении тренировок и динамических движений космонавтов внутри станции. Медицинские требования к тренажерному залу достаточно высокие, соответствующие пилотируемому космическому объекту с усиленной вентиляцией и демпфированием колебаний от циклических местно-приложенных сил. Тренажерный зал снабжен велотренажерами, беговой дорожкой, комплектами тренажерных костюмов типа «Чибис» и т.д., размещаемых в сотовых ячейках-мешках на внутренней поверхности оболочки и на центральном каркасе. На центральном каркасе размещается также тренажер типа «Парное беличье колесо» для обеспечения космонавтов микрогравитацией в режиме парного встречного бега по дорожкам «беличьих колес». Зал снабжен необходимой диагностической медицинской аппаратурой для контроля физического состояния экипажа, физиотерапевтическим оборудованием для приема «кислородных коктейлей» и других процедур, в частности, массажеров, а также спортивных снарядов, типа бадминтон, мяч и др. При наличии непрочных конструкций, они могут быть ограждены сетками, которые могут служить и защитой от травм.

МТГО-столовая может быть совмещена с оранжереей и включать секции для выращивания съедобных культур в искусственном грунте и в аквариумах. В секциях для приема пищи размещаются холодильники, СВЧ печи, столы, кресла и средства фиксации и приспособления для приема пищи в невесомости. Здесь также могут использоваться центрифуги типа «беличье колесо» для приема пищи в условиях микрогравитации, как с мускульным приводом, так и с электроприводом колес, размещаемых по цилиндрическому контуру оболочки МТГО. Учитывая, что стоимость доставки грузов на орбиту составляет около 15000 долларов за килограмм, выращивание всего лишь одного килограмма продуктов в день обеспечивает экономию по данной статье расходов 5475000 долларов в год, что обеспечивает окупаемость модуля столовой-оранжереи примерно за пять лет.

Укрытия напланетных баз, по аналогии с крышами спортивных сооружений и выставочных салонов на Земле, могут представлять собой комбинированные ферменно-пленочные конструкции, с использованием на пленках специальных зеркальных, электростатических и других покрытий. При необходимости (по совместительству), они могут служить концентраторами солнечной и другой энергии, концентраторами слабых радиосигналов и прочее. Преимуществом многослойных полых конструкций является возможность заполнения их материалами, добываемыми на исследуемой (осваиваемой) планете пребывания, возможность наращивания массы заполнителя для повышения радиационной и микрометеороидной защищености по мере добычи и переработки необходимых местных материалов [11].

Укрытия промышленной зоны напланетной базы, представляют собой специализированные укрытия в составе напланетных баз и обеспечивают более комфортные условия для работы космонавтов, обеспечивая рассеянное освещение, защиту от космической пыли и щадящий тепловой режим, увеличение сроков службы скафандров, ощущение большей безопасности и уюта персоналу для повышения производительности труда на осваиваемой планете.

Расширения располагаемого обитаемого объема орбитальных станций, резервные помещения для обеспечения внутренней перекомпоновки орбитальной станции или экспедиционного комплекса в полете, так же как и специализированные помещения служат для этапных работ по перекомпоновке орбитальных средств (по принципу игры в «пятнашки») в процессе их развертывания, так как естественно первые модули будут иметь многофункциональное, многоцелевое назначение, постепенно преобразовываясь в целевые: научные, технологические, медицинские модули, с соответствующим целевым оснащением, размещаемым в унифицированных ячейках каркаса орбитального средства.

В перспективе возможно создание конференц-залов, киностудий орбитального или напланетного размещения, отличающихся большими диаметрами (8 метров и более), для размещения гостей орбитального средства, туристов, клиентов и пациентов космических санаториев, работников космических клиник, реализующих супероперации в условиях невесомости, киношников и космических корреспондентов.

Несколько особняком стоят космические ангары и монтажно испытательные орбитальные космические комплексы, предназначенные для сборки и испытаний марсианского и других экспедиционных комплексов многомодульного типа или использующих ядерные двигатели, включение которых на Земле запрещено. Так как экспедиционные комплексы имеют массы более 500 тонн, ангары предлагается строить по каркасно-панельному принципу. Каркасы снабжаются унифицированными креплениями для размещения створок оболочки, с возможностью их закрытия и открытия при необходимости. Внутри и снаружи каркаса размещаются опорные замки и многочисленные манипуляторы для захвата и перемещения грузов и сборочных единиц. Сборка экспедиционного комплекса видимо будет производиться по продольной оси ангара, с постоянным контролем геометрических параметров собираемого объекта. Оболочка ангара обеспечивает комфортные условия для осуществления монтажных работ, мягкий режим термоциклирования, освещения, защищенности от микрометеороидов и радиации.

Трансформируемые экраны космического назначения могут быть использованы и для создания защитных сооружений на поверхностях планет и в открытом космосе.

Напланетные экраны могут обеспечивать:

- увеличение радиационной защиты напланетного оборудования, и экипажа во время работы в открытом космосе;

- увеличение микрометеороидной защищенности напланетного оборудования, и экипажа.

Трансформируемые экраны [10] в открытом космосе могут служить дополнительными «зонтиками» ОС и будучи объединенными в крупногабаритные сооружения, могут формировать космические ДОКи (космические МИКи) для сборки и испытания и подготовки к отлету экспедиционных комплексов вплоть до формирования «сферы Дайсона». Аналогом таких сооружений и ангаров может служить концепция кампании Reaction Engine Ltd.

Для проведения испытаний и уточнения состава пакета МТГО необходимо создание опытных образов-демонстраторов многоцелевого трансформируемого орбитального модуля (МТОМ - вариант названия изобретения).

Многоцелевой трансформируемый гермоотсек (МТГО) включает многослойный корпус, баки для воды и топлива, связанные между собой двигательную установку и пневмогидравлическую систему подачи топлива, солнечные батареи, гермоотсек, содержащий систему жизнеобеспечения, многоцелевой отсек полезной нагрузки и служебный отсек, при этом для повышения эффективности многослойный корпус МТГО выполнен с возможностью трансформирования, из лепестков радиационной защиты, метеороидной защиты. Кроме того для обеспечения развертывания внутри напланетных насыпей и пещер, лепестки радиационной защиты корпуса могут быть снабжены многослойными эластичными камерами с возможностью заполнения их водой. Кроме того, для повышения защищенности от космического мусора, в МТГО лепестки метеороидной защиты могут быть выполнены в виде слоистого пакета из металлических и полимерных сеток, при этом лепестки, расположенные по плоскостям стабилизации, снабжены соленоидами для стабилизации в геомагнитном поле, а осевой соленоид может иметь повышенную мощность для электродинамического изменения орбиты и сбора ферромагнитного мусора и орбитальных частиц для накопления массы МТГО на орбите для последующего использования его в качестве точки опоры тросовой транспортной системы.

Устройство МТГО или МТОМ иллюстрируется чертежами на 5-ти листах, в количестве 11 рисунков, где показаны рисунки МТГО в сложенном и развернутом состоянии и результаты расчетов его эффективности (в скобках даны названия рисунков).

МТГО 1 в процессе выведения под обтекателем 2 РН «Ангара-А1» 3, показан на рис. 1 (МТГО в сложенном состоянии под головным обтекателем на ракете-носителе типа «Ангара А1») и рис. 3 (Общий вид опытного образца МТГО под обтекателем в транспортном положении).

МТГО, интегрированный с многоразовой одноступенчатой ракетой носителем (МОРН) типа «Корона» 4, показан на рис. 2 в сложенном состоянии, а на рис. 4 (Сечение МТГО на участке выведения) показано поперечное сечение сложенного МТГО.

Внешний вид развернутого экспериментального МТГО в орбитальном полете показан на рис. 5 (Внешний вид развернутого МТГО в автономном орбитальном полете), а в разрезе при проведении экспериментов с экспериментальным оснащением, на рис. 6 (МТГО в разрезе развернутый в орбитальном полете).

На рис. 7 (Вариант многослойной оболочки МТГО), показано сечение (разрез) многослойной оболочки МТГО, а на рис. 8 (Вид элементарной ячейки лепестка во вспененном состоянии) типовой вид ячейки 5 лепестка 6 МТГО.

На рис. 9 (Границы применимости МТГО исходя из располагаемых объемов под обтекателями унифицированного ряда РН «Ангара»), приведена диаграмма области применения МТГО, а на рис. 10 (Объемная эффективность применения МТГО) диаграмма сравнительной объемной эффективности обычных модулей типа «Салют», ФГБ и МТГО.

На рис. 11 (Экономическая эффективность МТГО в сравнении с традиционными модулями орбитальных станций) показана диаграмма экономической эффективности МТГО в сравнении со стандартными жесткими модулями.

Для решения многоцелевых задач и исследовательских работ, МТГО в сложенном состоянии может быть выведен на орбиту как интегрированным с МОРН типа «Корона» (не потребует обтекателя как на одноразовых РН), так и на РН типа «Ангара», «Протон» или «Союз».

Внешняя оболочка 8 корпуса МТГО выполнена трансформируемой из складываемых многослойных лепестков-манипуляторов 6, обеспечивая многоразовость использования. В случае МОРН «Корона» МТГО могут быть развернуты в полете на орбите или после посадки на исследуемую планету, внутри баков МОРН, превращая ее в космическую или напланетную базу 7.

Трансформируемый гермоотсек многократного применения, включает силовой корпус 9, на котором размещено целевое 10 и служебное оборудование 11, баки для воды 12 и топлива 13, двигательная установка 14, пневмогидравлическая система подачи топлива 15. Связанные между собой, энергоустановка 16, содержащая солнечную электростанцию (СЭС) 17, многоцелевой отсек полезной нагрузки 18 и служебный отсек 19, объединенные в сменную космическую платформу 20.

Предлагаемая конструкция МТГО (опытного образца-демонстратора, выводимого РН типа «Ангара» или МОРН «Корона»), предполагает функционирование на орбите и отработку всех основных систем МТГО.

Способы развертывания МТГО

Рассматривая варианты отверждаемых термообработкой в полете многослойных оболочек МТГО, следует отметить, что формообразующий слой должен быть теплоизолирован от вакуума, рис. 7.

Поскольку МТГО можно составлять из различных элементов, то предлагается вариант элементарных ячеек, из которых можно составить форму МТГО и которые в сложенном состоянии занимают небольшой объем.

При формировании конечной структуры модуля МТГО происходит их предварительный наддув, затем, при необходимости, изменение состояния материала находящегося в них (отверждение, вспенивание). Данные элементарные формы используются в составе оболочки МТГО.

Ячейка оболочка МТГО представляет собой полый многослойный элемент, внутри которого выложен материал 22 изменяющий свои свойства под технологическим воздействием и дополнительно прошитый/проклеенный вставками для сохранения своей формы в процессе предварительного наддува.

Способ формообразования 1: После технологического наддува предлагается подогрев различными теплонагревающими элементами (ТЭН) 23, в частности СВЧ воздействием, расположенными внутри модуля. Материалы оболочки активируются за счет тепла, теплоизоляция 24 удерживает тепло внутри ячеек, порошок пенопласта 25 (закрепленный между 2-мя пленками полиэтилена в виде порций) поглощает тепло, плавится (температура 800С), а при дальнейшем повышении температуры вспенивается. При дальнейшей выдержки при повышенной температуре (например до 150°С) происходит окончательное отверждение вспененного пенопласта и повышение его механических характеристик. Стеклоткань 26 пропускает летучие газы, образующиеся в процессе вспенивания.

В качестве источника 23 тепла могут быть применены нагревательные элементы в виде электропростыней 29 Брестского завода электроприборов или продувка модуля горячими газами наддува из топливных баков.

Полный цикл (время от активации материалов до набора конечных механических характеристик за счет выдержки при повышенных температурах) может оставлять от 5-6 часов до суток;

Минусы: использования вспенивающихся и отверждающихся в условиях микрогравитации материалов:

- вариабельность (процесс в земных условиях пока не научились просчитать математически, а в условиях микрогравитации он усложняется);

- необратимость процесса, не позволяет осуществлять обратное складывание трансформера.

Исполнение оболочки в сечении показано на рис. 7. В отверждаемой оболочке применимо использование материалов, приведенных в табл. 2.

Способ формообразования 2 - обыкновенный наддув оболочки газами наддува кислородного бака (кислород + гелий) после выведения верхней ступени РН или МОРН типа «Корона» на орбиту. Обратное складывание МТОМ осуществляется по принципу зонта-автомата. Напланетные МТГО снабжаются на своей поверхности карман-мешками для заполнения местным грунтом для повышения радиационной и метеороидной защищенности. Применимые в этом способе материалы МТГО приведены в табл. 3.

Для МТГО в качестве МТОМ а рисунках 5 и 6 показаны элементы, обеспечивающие автономную работу (эксплуатацию) модуля, например в качестве демонстратора: технологический люк верхний 32, который может быть снабжен стыковочным агрегатом, коническая юбка верхняя 33, панели интерьера 34, силовой каркас 35, система наддува 36 оболочки, командно-измерительная система с системой телеметрического контроля 37, приемопередающее устройство 38, технологический люк нижний 39, снабженный стыковочным агрегатом, коническая юбка нижняя 40, трехосный соленоид 41 ориентации и стабилизации, который может быть встроен в состав лепестков или на силовом каркасе модуля, а также осевой соленоид 42 повышенной мощности для электродинамического изменения орбиты МТОМ и накопления орбитальной ферромагнитной массы на модуле.

На диаграммах 9-11 отмечены следующие сравнительные характеристики стандартных модулей и МТОМ: располагаемый полезный объем 43 стандартного модуля, возможный объем 44 трансформируемого модуля, объем 45 зоны полезных грузов под обтекателем РН, цена пуска РН 46, цена классического модуля 47, коммерческая цена годовой аренды объема модуля в год 48, цена трансформируемого модуля 49 и удорожание 50 трансформера по отношению к стандартному модулю, цена аренды МТГО 51.

Оценка эффективности применения трансформируемых конструкций по сравнению с традиционными конструкциями.

В зависимости от вариантов применения трансформируемых конструкций они имеют перечисленные выше преимущества и недостатки по сравнению с традиционными ОС. Рассмотрим несколько вариантов использования надувных космических отсеков и дадим качественную и экономическую оценку преимуществ надувных конструкций.

Применение трансформируемых конструкций имеет следующие преимущества в использовании при разработке конструкций орбитальных и напланетных станций [5-7]:

- меньший объем груза при выведении на орбиту по сравнению с «жесткими» модулями и, как следствие, использование носителей более легкого класса для вывода модулей требуемых габаритов;

- получение орбитальных модулей больших габаритов и объема, чем «жесткие» модули;

- простота развертывания;

- надувные модули могут обеспечить более высокий уровень защиты от неблагоприятных космических факторов;

- дешевизна в производстве (после освоения технологий).

Так, например, на РН «Ангара А5» при одной и той же стоимости запуска, может быть выведен как стандартный модуль типа ФГБ диаметром 4 метра и объемом около 120 куб метров, так и МТГО диаметром 8 метров и объемом 470 куб. метров. Дополнительный доход сдачи в аренду дополнительных объемов может составлять свыше 300 млн. долларов в год, что обеспечивает окупаемость МТГО за один год.

Эффективность крупногабаритных сооружений - трансформеров может быть повышена размещением на их поверхности пленочных солнечных батарей (СБ). На типовом модуле диаметром 8 метров, выводимом на РН «Протон-М» или «Ангара-А5», можно свободно разместить СБ площадью 200 кв. метров. При эффективной площади 80 кв. метров СБ может обеспечивать в среднем 8 квт. электрической мощности. Учитывая, что стоимость ресурсов электроэнергии на борту МКС составляет 2000 долларов за кВт/час., мы можем получать доходы от аренды свободных источников энергии в размере 140 млн. долларов в год, что окупает модуль за один год.

Рассмотрим эффективность МТГО приведенных на рис 4, применительно к возможностям, обеспечиваемым создаваемым унифицированным рядом РН типа «Ангара», показанным в табл. 2. Видно, что один МТГО по объему заменяет до 4-х стандартных модулей, что, несмотря на относительную дороговизну трансформера, обеспечивает снижение затрат на создание требуемого объема космического комплекса за счет уменьшения количества запускаемых РН.

Для оценки оптимальности МТГО в качестве показателя эффективности используем следующие показатели:

- объем МТГО при выведении на РН,

- объем МТГО в орбитальном полете,

- коммерческий потенциал создаваемых свободных объемов МТГО на орбите,

- коммерческий потенциал продажи электроэнергии СБ, размещаемых на свободной внешней поверхности МТГО.

Границы применимости трансформируемых конструкций.

Перспективность трансформируемых модулей зависит от рациональных способов их использования в практической космонавтике. Выше были представлены описания вариантов орбитальных средств и напланетных сооружений с использованием МТГО, очерчивающих предварительные границы применимости трансформируемых конструкций.

Большие габаритные размеры развертываемых сооружений, обеспечивают большие возможности в части обеспечения свободных объемов, опорных поверхностей в космическом пространстве, что расширяет коммерческое применение орбитальных средств с такими модулями.

Из табл. 4 видна граница применимости МТГО, связанная с возможностями РН по грузоподъемности и располагаемым объемам под обтекателями (вариантов РН типа «Ангара», «Союз», «Протон» и «Корона»).

Границы применимости МТГО показаны на рис 9 по оси «X», а оценка объемной и экономической эффективности МТГО показана на диаграммах рис. 10 и 11.

Проведенный анализ позволяют отметить основные преимущества трансформируемых конструкций:

1) Малые габариты при выведении,

2) Большие габариты после развертывания в месте использования.

Так, если мы строим стандартные модули, например Многоцелевой лабораторный модуль (МЛМ) надувного типа, то, исходя из необходимого уровня радиационной защищенности внутри оболочки модуля, по стартовой массе он практически такой же и мы вынуждены использовать ту же РН. То есть на доставке на орбиту мы не выигрываем, а на развертывании теряем на высокой стоимости материалов оболочки и сложной технологии раскрытия. Однако для обеспечения орбитального объема достигаемого в МТГО необходимо запустить четыре стандартных модуля, что дороже на суммарную стоимость пуска трех РН.

Если мы создаем нестандартные жесткие модули большого объема, то для их выведения потребуется создать новую ракету, а складной модуль мы можем упаковать в стандартную КГЧ. Тогда экономия состоит в отсутствии затрат на создание новой РН, составляющих десятки миллиардов рублей и получении дополнительных объемов на орбитальных средствах, имеющих коммерческую удельную стоимость аренды около 1 млн. долларов за каждый кубометр в год.

Что касается критериев эффективности, то при этом мы улучшаем критерий относительной стоимости выведения кубометра объема ОС, так как если объем при развертывании МТГО увеличивается в четыре раза, то, соответственно, удельная стоимость выведения объема снижается в четыре раза.

Большие габаритные размеры развертываемых сооружений, обеспечивают большие возможности в части обеспечения свободных объемов, опорных поверхностей в космическом пространстве, что расширяет коммерческое применение орбитальных средств с такими модулями.

Так, например, на РН «Ангара А5» при одной и той же стоимости запуска, может быть выведен как стандартный модуль типа «Алмаз», «Салют», ФГБ, МЛМ, НЭМ диаметром 4 метра и объемом около 120 куб м. так и надувной модуль диаметром 8 метров и объемом 420 куб. метров. Стоимость аренды разницы в объемах может составлять 300 млн. долларов в год, что обеспечивает окупаемость МТГО за один год. Доходы от аренды такого МТГО за 10 лет эксплуатации могут составить 3 млрд. долларов по объему и 1400 млн. долларов за счет свободных ресурсов электроэнергии, обеспечиваемых размещением на поверхности трансформера пленочных СБ.

При создании космических ДОКов, например, по концепции кампании Reaction Engine Ltd [15], для сборки крупногабаритных экспедиционных космических комплексов, без трансформеров, к которым необходимо отнести и надувные космические сооружения, не обойтись.

Расчет реализуемости операций выведения МТГО, интегрированной с МОРН типа «Корона» на опорную орбиту вокруг Земли и возможности взлета и посадки взлетно-посадочного МТГО, интегрированного с МТЭМ или МОРН на Луне приведены в расчетных таблицах автора 5, 6 и 7.

Так как потребная характеристическая скорость выхода МОРН на опорную орбиту составляет около 9270 м/с, из таблицы 5 видно, что даже без использования двигателя с центральным телом, предлагаемый упрощенный МОРН выходит на орбиту Земли в одноступенчатом исполнении на трехкомпонентных ЖРД при использовании трехкомпонентного топлива (керосин + кислород + водород). При этом потребная сухая масса конструкции МОРН (баки, КМДУ, БО) может составить 53,7 т, а масса, располагаемая для целевых бортовых систем МТЭМ, МТГО или доставляемых компонентов, - 10,3 т, то есть лучше, чем на одноразовой многоступенчатой РН «Союз-5».

Из таблицы 6 видно, что даже без использования новых физических принципов взлетно-посадочный МОРН типа «Корона», дозаправленный на окололунной орбите или на Луне обычной водой, реализует выведение на окололунную орбиту (Характеристическая скорость взлета с Луны = 1800 м/с) и посадку с окололунной орбиты на Луну (Потребная характеристическая скорость посадки на Луну = 1900 м/с).

Из таблицы 7 видно, что располагаемый резерв массы МТЭМ-трансформера для размещения рассматриваемого в описании МТГО и экспериментального оборудования МТГО может составить около 15 тонн.

В зависимости от достигаемого весового совершенства и технологического уровня к моменту постройки МТГО, он может иметь различную комплектацию, в соответствии с пунктами патентной формулы, включая возможность применения двигателя на новых физических принципах.

Иными словами, многоцелевой трансформируемый гермоотсек включает корпус, баки для воды и топлива, связанные между собой двигательную установку и пневмогидравлическую систему подачи топлива, солнечные батареи, гермоотсек, содержащий систему жизнеобеспечения, многоцелевой отсек полезной нагрузки и служебный отсек, при этом многослойный наружный корпус МТГО выполнен с возможностью трансформирования, из лепестков радиационной защиты, метеороидной защиты.

Кроме того, для обеспечения развертывания внутри напланетных пещер и повышения радиационной защищенности, лепестки радиационной защиты корпуса выполнены многослойными из эластичных камер для заполнения водой, а для повышения защищенности от космического мусора, метеороидная защита выполнены в виде слоистого пакета из металлических и полимерных сеток.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности освоения космоса и расширение арсенала средств для использования в космонавтике.

Выводы:

Предложение эффективнее аналогов, в частности: обеспечивает многоразовое решение нескольких задач, дешевле, обеспечивает возможность складывания и возвращения.

Литература

1. Интернет-ресурс, МКС история, TransHab Concept.

2. Интернет-ресурс, www.ru.wikipedia.org/wiki/Genesis_I, Наутилус-Х,

3. Интернет-ресурс, Леонид Попов, Первый орбитальный отель должен поспеть до срока, 5 февраля 2008,

4. Научно-технический журнал "Вестник" ФГУП НПО им. С.А. Лавочкина. (13), 2/2012, стр. 5.

5. Богданов В.П., Пичхадзе К.М., Финченко В.С. Анализ параметров эффективности использования спускаемых аппаратов с надувным тормозным устройством // Сборник научных трудов НПО им. С.А. Лавочкина. Российская академия космонавтики им. К.Э. Циолковского. Выпуск 4, 2002, с. 63-70.

6. Интернет ресурс.«Надувная башня может достать до космоса».

7. Патент № (RU 2381535) Придание жесткости надувным развертываемым структурам, в частности, для использования в космосе.

8. Патент №2210798 Композиция и способ ее отверждения. Изобретение относится к основно-катализируемым отверждаемым композициям на основе эпоксидных соединений.

9. Патент №2408627 Свободная от сурьмы фотоотверждаемая полимерная композиция и трехмерное изделие.

10. Бельков Алексей Викторович «Крупногабаритный космический рефлектор надувного типа», Национальный исследовательский «Томский государственный университет» (Томск).

11. А.С. Гвамичава, В.А. Кошелев Строительство в космосе. - М.: Знание, 1984 - 64 с., ил. - (Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Космонавтика, астрономия»; №9).

12. ТУ 5952-001-17547599-94, Ткань облицовочная ТСОН-СОТМ-«бц».

13. ОСТ 92-1380-83, ЭВТИ-И, -2И, -Е.

14. ТУ МТИ №6-72, Сетеполотно СС-1РУ-4-9х9.

15. Концепции ДОКов, кампании Reaction Engine Ltd для сборки марсианского экспедиционного комплекса с помощью «Скайлона».

1. Многоцелевой трансформируемый гермоотсек (МТГО), включающий многослойный корпус, баки для воды и топлива, связанные между собой двигательную установку и пневмогидравлическую систему подачи топлива, солнечные батареи, гермоотсек, содержащий систему жизнеобеспечения, многоцелевой отсек полезной нагрузки и служебный отсек, отличающийся тем, что многослойный корпус МТГО выполнен с возможностью трансформирования, из лепестков радиационной защиты, метеороидной защиты.

2. МТГО по п. 1, отличающийся тем, что лепестки радиационной защиты корпуса снабжены многослойными эластичными камерами с возможностью заполнения водой.

3. МТГО по п. 1, отличающийся тем, лепестки метеороидной защиты выполнены в виде слоистого пакета из металлических и полимерных сеток, при этом лепестки, расположенные по плоскостям стабилизации, снабжены соленоидами, а осевой соленоид имеет повышенную мощность.