In den letzten Jahren hat die Entwicklung privater Unternehmen, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie tätig sind, besonderes Interesse der Fachwelt und der Öffentlichkeit geweckt. Eine Reihe ausländischer Organisationen dieser Art haben bereits mehrere verschiedene Designs verschiedener Klassen mit unterschiedlichen Eigenschaften vorgestellt. Ähnliche Organisationen sind auch in unserem Land tätig. Bisher wurden einige Neuentwicklungen in diesem Bereich vorgestellt. So präsentierte das Unternehmen Lin Industrial ein Projekt des Luft- und Raumfahrtsystems Vyuga.
Das Projekt des Luft- und Raumfahrtsystems Vyuga (AKS) wurde von der Moskauer Firma Lin Industrial in Zusammenarbeit mit der Skolkovo Foundation auf Wunsch eines ungenannten Kunden entwickelt. Ziel des Projekts war es, das Erscheinungsbild eines wiederverwendbaren zweistufigen Systems zu erarbeiten, das Menschen und verschiedene Ladungen in die Umlaufbahn bringen soll. Gleichzeitig wird aufgrund der begrenzten Tragfähigkeit des Systems die Durchführung verschiedener wissenschaftlicher Studien etc. als Hauptaufgabe angesehen. Auch die militärische Nutzung des Systems zum Zwecke der Aufklärung oder als Träger von Hochpräzisionswaffen ist nicht ausgeschlossen.
In der vorgeschlagenen Form weist das System "Blizzard" eine Reihe charakteristischer Vorteile auf. Es bietet die volle Wiederverwendbarkeit aller Komponenten des Systems, die Nutzung des vorhandenen Trägerflugzeugs, die Möglichkeit, die Ladung in unterschiedlichsten Neigungen in Umlaufbahnen zu bringen, sowie die Umweltsicherheit. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz eines Trägerflugzeugs den Start von Nutzlasten aus verschiedenen Regionen der Erde, auch aus dem Hoheitsgebiet des Kundenlandes.
Gesamtansicht der AKS "Blizzard" vor dem Start
Das Projekt Vyuga AKS beinhaltet die Verwendung eines Komplexes, der aus drei Hauptkomponenten besteht. Das Hauptelement, das die Leistung des Rests sicherstellt, ist das Trägerflugzeug mit einem Satz Halterungen für den Transport der restlichen Ausrüstung. Es wird auch vorgeschlagen, die erste Stufe mit Raketentriebwerken zu verwenden, die für die Beschleunigung der sogenannten verantwortlich ist. Orbitalstadium. Letzteres ist ein Gerät, das sowohl in der Atmosphäre als auch darüber hinaus fliegen kann. Alle Elemente des "Blizzard"-Komplexes müssen in die Basis zurückkehren können.
Nach Angaben des Organisationsentwicklers begann die Entwicklung des Vyuga AKS mit der Untersuchung der verfügbaren Fähigkeiten und der Bestimmung der Parameter der erforderlichen Ausrüstung. So wurde die Nutzlast des Komplexes auf das Niveau von 450 kg festgelegt, was auf eine niedrige erdnahe Last gebracht wurde. Es wird darauf hingewiesen, dass technologische Satelliten des Typs "Photon" ähnliche Parameter der Tragfähigkeit aufweisen. Außerdem wurde unter Berücksichtigung von Berechnungen für verschiedene Elemente des Komplexes die Reichweite der potentiellen Träger des Systems bestimmt.
Es wurde beschlossen, die militärischen Transportflugzeuge An-124 "Ruslan" und An-225 "Mriya" wegen übermäßiger Tragfähigkeit aufzugeben. Der Tu-160-Raketenträger passte aufgrund der geringen Anzahl vorhandener Fahrzeuge dieses Typs nicht. Als Ergebnis wurden nur die Flugzeuge M-55X Geofizika, MiG-31 und Il-76 berücksichtigt. Weitere Berechnungen zeigten, dass Geofizika und MiG-31 nicht als Booster-Flugzeug für das Luft- und Raumfahrtsystem verwendet werden können. Diese Flugzeuge haben eine hohe praktische Decke, aber eine unzureichende Nutzlast. Bei ihrem Einsatz durfte die Nutzlast des "Blizzard" 50-60 kg nicht überschreiten, was nicht den ursprünglichen Berechnungen entsprach.
Montageschema
Somit war der einzige geeignete Träger für das System das militärische Transportflugzeug Il-76. Doch auch in diesem Fall ermöglichten nicht alle Konstruktionsmerkmale eine unveränderte Anwendung der Technik. Berechnungen haben gezeigt, dass das Flugzeug für den Transport und den Start der Booster- und Orbitalstufen eine strukturelle Verstärkung und den Einbau einiger neuer Ausrüstungen benötigt. Durch diese Modifikationen konnten die bestehenden Vorteile in Form einer hohen Tragfähigkeit voll ausgeschöpft und der vorhandene Höhenverlust gegenüber anderen potentiellen Trägern ausgeglichen werden.
Das Projekt "Blizzard" in seiner jetzigen Form sieht die Modernisierung der Il-76-Flugzeuge durch den Einsatz einiger neuer Einheiten vor. Im mittleren Teil des Frachtraums des Flugzeugs wird vorgeschlagen, ein spezielles Tragwerk zu montieren, das das Gewicht der Flugkörpersysteme auf die Antriebselemente des Flugzeugs umverteilt. Bei diesem Produkt handelt es sich um eine durchbrochene Struktur mit einer Länge von 12,9 m, einer Breite von 3,3 m und einer Höhe von 2,7 m mit hervorstehenden Elementen im oberen Teil, die über den Rumpf hinausragen. Ursprünglich wurde die Traverse aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff vorgeschlagen, später wurde das Projekt jedoch aus Festigkeitsgründen geändert. Das Produkt soll nun aus Titanelementen mit einem Durchmesser von 85 mm bestehen. In diesem Fall beträgt die Masse des Fachwerks 6, 2 Tonnen. Eine gewisse Vereinfachung der Struktur ist möglich, indem die Dicke der Teile des unteren Teils des Fachwerks verringert wird.
Nach der Installation des Fachwerks am Flugzeug erscheinen mehrere Knoten auf der Oberseite des Rumpfes zum Andocken an die erste Stufe des Raketensystems. Mit ihrer Hilfe wird vorgeschlagen, das Trägerflugzeug mit anderen Elementen des Komplexes zu verbinden. Halterungen müssen über Kontrollsysteme verfügen, die das Auslösen von Raketensystemen im erforderlichen Moment ermöglichen.
Basierend auf den Ergebnissen der Entwurfsvorarbeit und der Forschung mit Computermodellierung gestalteten die Designer von "Lin Industrial" das Gesamtbild der ersten Stufe des AKS "Vyuga". Dieses Produkt sollte ein relativ großes raketengetriebenes Flugzeug sein, das entworfen wurde, um eine Orbitalstufe nach der Trennung vom Booster-Flugzeug zu beschleunigen. Solche Anwendungsmethoden haben dazu geführt, dass einige der Konstruktionsmerkmale herausgearbeitet werden müssen. Insbesondere war es notwendig, einen Flügel und einen Stabilisator zu entwickeln, der das Raketensystem nach der Trennung vom Trägerflugzeug zurückziehen soll.
Truss-Design für die Installation in einem Booster-Flugzeug vorgeschlagen
Es wird ein ziemlich einfaches Design der ersten Stufe vorgeschlagen. Alle Haupteinheiten dieser Technik müssen auf einem länglichen Fachwerk montiert werden, das die Grundlage der Struktur bildet. Auf der Oberseite des Fachwerks wird vorgeschlagen, die Kraftstoff- und Oxidationsmitteltanks zu montieren, hinter denen der Motor platziert werden sollte. In diesem Fall muss der hintere Tank im Gegensatz zum vorderen eine komplexere Form haben, die für die korrekte Platzierung der Orbitalbühne erforderlich ist. Am unteren Teil des Fachwerks sind Befestigungen für die Hobel vorgesehen. Aufgrund der zu erwartenden mechanischen und thermischen Belastungen sollte die erste Stufe durch den unteren Rumpf thermisch geschützt werden.
Für den Flug in die Atmosphäre unmittelbar nach der Trennung vom Träger und während der Landung muss die erste Stufe des "Blizzard" eine Reihe verschiedener Flugzeuge verwenden. Es wird vorgeschlagen, im mittleren Teil des Rumpfes einen Tiefdecker zu montieren. Außerdem wurde ein Zweiflossen-Leitwerk mit vergleichsweise kleinen Stabilisatoren entwickelt. Es wird vorgeschlagen, innerhalb der Flugzeugzelle ein Fahrwerk zu montieren, das notwendig ist, um die erste Stufe zum gewünschten Flugplatz zurückzubringen.
Inzwischen wurde berichtet, dass die Form eines der Hauptelemente der ersten Stufe, des Oxidationsbehälters, geformt wurde. An dieses Produkt wurden hohe Anforderungen an Festigkeit, Volumen, Dichtheit und andere Parameter gestellt, bis hin zur Forderung nach maximaler Produktion der abgefüllten Flüssigkeit. Unter Berücksichtigung dieser Anforderungen und der Eigenschaften von Flüssigsauerstoff wurde die allgemeine Gestaltung des Tanks festgelegt. Die zylindrische Seitenfläche des Tanks sollte aus Kohlefaser mit einem Epoxidbindemittel bestehen und auch eine Innenbeschichtung in Form eines PMF-352-Films erhalten. Letzteres ist notwendig, um die negativen Auswirkungen eines Niedertemperatur-Oxidationsmittels auf Verbundteile zu reduzieren. Es wird vorgeschlagen, dass Rahmen und Böden, die in das Verbundteil eingeklebt sind, aus einer Aluminium-Magnesium-Legierung bestehen. Leitbleche, Rohrleitungen und andere notwendige Teile sollten im Tank installiert werden.
Gesamtansicht der ersten Etappe
Es wird vorgeschlagen, im Heckbereich der ersten Stufe ein Einkammer-Flüssigkeitsraketentriebwerk mit den erforderlichen Eigenschaften anzubringen. Das Kraftwerk, das Kerosin und flüssigen Sauerstoff verwendet, sollte eine Gasaustrittsgeschwindigkeit von 3,4 km / s aufweisen, um die erforderlichen Schubparameter zu erreichen. Die Auslegungsgeschwindigkeit der ersten Stufe beträgt ca. 4720 m / s.
Bei einer Gesamtlänge von 17,45 m sollte die erste Stufe der Vyuga AKS ein Trockengewicht von 3,94 Tonnen und ein volles Startgewicht von 30,4 Tonnen haben. Das größte Startgewicht besteht aus Treibstoff: 7050 kg Treibstoff und 19.210 kg Oxidationsmittel.
Am hinteren Rumpf der ersten Stufe wird vorgeschlagen, die sog. eine Orbitalbühne, die dafür ausgelegt ist, die Nutzlast zu transportieren und in die erforderliche Flugbahn / Umlaufbahn zu bringen. Die charakteristischen Merkmale des Betriebs solcher Geräte führten zur Bildung eines ungewöhnlichen Bühnentyps. Die Orbitalstufe des "Blizzard" sollte eine stromlinienförmige Form der äußeren Einheiten der Flugzeugzelle haben, wobei der spitzbogige obere Teil der Nasenverkleidung und der Abschnitt des Heckblocks fast oval sind. Der Boden mit Hitzeschutzbeschichtung sollte eine leicht gewölbte Form haben.
Im oberen Teil des Orbitalstufenrumpfes wird vorgeschlagen, ein Fallschirmfach, ein Steuergerätefach, unterzubringen, hinter dem ein großes Volumen zur Aufnahme der Nutzlast vorhanden sein muss. Unter diesen Fächern sind Einbauplätze für kugelförmige und zylindrische Tanks für Kraftstoffkomponenten vorgesehen. Das Heckteil des Rumpfes wird unter dem Motor platziert. Im oberen Teil des Rumpfes können Lukenklappen installiert werden, die für die Montage der Nutzlast im Bühnengehäuse sowie für die Demontage im Freien bei verschiedenen Arbeiten ausgelegt sind. Insbesondere kann eine solche Luke verwendet werden, um Sonnenkollektoren zu entfalten, wenn das Raumfahrzeug in einer Orbitalkonfiguration verwendet wird.
Beschreibung der ersten Stufe
Das Projekt Vyuga umfasst in seiner jetzigen Form den Bau einer 5505 mm langen, 2604 mm breiten und 1,5 m hohen Orbitalbühne mit einer Trockenmasse von 950 kg. Nutzlast - 450 kg. Zusammen mit der Versorgung mit Brennstoff und Oxidationsmittel sollte die Apparatur 4,8 Tonnen wiegen, gleichzeitig beträgt der Kerosinanteil nach Berechnungen 914 kg und das Oxidationsmittel 2486 kg. Die Geschwindigkeit des Produkts sollte bis zu 4183 m / s betragen.
Die Prinzipien der Verwendung des Vyuga-Luft- und Raumfahrtsystems sehen recht einfach aus und ermöglichen es, die Nutzlast mit minimalen Kosten auf die erforderliche Flugbahn oder in eine niedrige Referenzumlaufbahn zu bringen. Zur Vorbereitung der Aufgabe muss die erforderliche Nutzlast im Laderaum der Orbitalbühne installiert werden. Diese Vorrichtung wird dann auf der ersten Stufe platziert und das komplette System wird auf den Halterungen des Booster-Flugzeugs montiert. Nach dem Befüllen der Tanks beider Stufen mit Kerosin und Flüssigsauerstoff kann der Vyuga AKS seine Arbeit aufnehmen.
Die erste Stufe des Systembetriebs erfordert den korrekten Betrieb der Besatzung des Trägerflugzeugs. IL-76 mit Elementen von "Blizzard" am Rumpf sollte auf eine Höhe von 10 km steigen und mit dem gewünschten Kurs in den Startbereich des Raketensystems gehen. Ferner wird vorgeschlagen, abzukuppeln, wonach sich die erste Stufe vom Träger wegbewegen und den Trägerflüssigkeitsmotor einschalten soll. Das Trägerflugzeug wiederum erhält die Möglichkeit, zu seinem Flugplatz zurückzukehren. Der Weiterflug erfolgt in Etappen selbstständig und mit unseren eigenen Kontrollsystemen.
Die erste Stufe verfügt über einen Kraftstoffvorrat, der für den Betrieb des Motors für 185 s erforderlich ist. Während dieser Zeit wird die Orbitalstufe beim Aufstieg auf eine bestimmte Höhe beschleunigt. Mit Hilfe der ersten Stufe soll die Vyuga AKS auf eine Höhe von 96 km steigen und die Orbitalstufe auf die erforderliche Flugbahn bringen. Nachdem der Treibstoff ausgegangen ist, wird die Orbitalstufe fallen gelassen. Die Orbitalstufe bewegt sich weiter entlang einer vorgegebenen Flugbahn, während die erste in die Planung einsteigen und einen Kurs zum Landeplatz nehmen muss. Beim Verringern und Verlangsamen der Geschwindigkeit muss die erste Stufe schließlich mit dem vorhandenen Fahrwerk nach der "Flugzeug"-Methode landen. Nach der Landung kann die Bühne der notwendigen Wartung unterzogen werden, wodurch sie wieder verwendet werden kann.
Gesamtansicht der Orbitalstufe
Nach der Trennung sollte die Orbitalstufe ein eigenes Triebwerk enthalten und einen Austritt in eine bestimmte Umlaufbahn durchführen. Bei voller Nutzlast ist es möglich, das Triebwerk 334 Sekunden lang bei einem Aufstieg in eine Umlaufbahn mit einer Höhe von 200 km zu betreiben. Nach dem Betreten des Orbits mit den erforderlichen Parametern kann die Nutzlast in Form von wissenschaftlicher Ausrüstung oder anderer Ausrüstung ihre Arbeit aufnehmen. Nach Abschluss der zugewiesenen Aufgaben kann die Orbitalstufe zur Erde zurückkehren.
Für das Deorbiting wird vorgeschlagen, einen Bremsimpuls zu verwenden, der die Orbitalstufe auf die Landebahn überträgt. Mit Hilfe eines Wärmeschutzes und eines stromlinienförmigen Rumpfes dringt die Bühne gefahrlos in die dichten Schichten der Atmosphäre ein und gelangt in den Landebereich. In einer bestimmten Höhe wird vorgeschlagen, den Fallschirm zu öffnen, der für die weiche Landung des Geräts verantwortlich ist. Eine Landung „flugzeugartig“ist aus technischen und betrieblichen Gründen nicht vorgesehen. Nach der Landung können die Techniker mit der Nutzlast arbeiten. Darüber hinaus ist geplant, eine Wartung der Orbitalstufe mit anschließender Vorbereitung auf einen neuen Flug durchzuführen.
Ein ähnlicher Algorithmus zur Verwendung des Vyuga AKS wird für wissenschaftliche Zwecke vorgeschlagen. Darüber hinaus wird die Möglichkeit geprüft, solche Technologien im Interesse der Streitkräfte einzusetzen. In diesem Fall kann das Luft- und Raumfahrtsystem anstelle einer Orbitalstufe Kampfausrüstung mit den erforderlichen Eigenschaften erhalten. Die genauen Parameter dieser Version des Komplexes sind jedoch noch nicht bestimmt. Im Moment wird nur die Möglichkeit geprüft, eine Kampfversion des "Blizzard" zu erstellen und mögliche Anwendungsbereiche werden festgelegt.
Die Kampfversion des Vyuga AKS kann ein Träger eines Angriffssystems oder ein Mittel zum Abfangen feindlicher Raumfahrzeuge sein. Im letzteren Fall kann eine hohe Effizienz der Kampfarbeit erzielt werden, die durch die Möglichkeit eines relativ einfachen Einsatzes von Kampfausrüstung in Umlaufbahnen mit unterschiedlichen Parametern bereitgestellt wird. Die Umsetzung solcher Ideen kann jedoch mit einigen Schwierigkeiten verbunden sein. Zuallererst müssen die Schwierigkeiten mit den Beschränkungen der Masse der Nutzlast zusammenhängen. Selbst ein vollständiger Ersatz der Orbitalstufe durch ein spezielles Kampfsystem wird es nicht ermöglichen, ein Produkt mit einem Gewicht von mehr als mehreren Tonnen herzustellen.
Orbitaltisch, Ansicht von unten, Boden nicht gezeigt. Weiß ist der Rumpf, Blau ist der Treibstofftank, Rot ist der Motor, Orange ist der Fallschirmraum, Grau ist der Nutzlastraum
Die vorgeschlagene Architektur des Luft- und Raumfahrtsystems ermöglicht es, einige Vorteile gegenüber anderen Komplexen mit ähnlichem Zweck zu erzielen. Die Hauptvorteile des Vyuga-Projekts, die einen erheblichen positiven wirtschaftlichen Effekt haben können, sind die Verwendung der vorhandenen Trägerflugzeuge (die jedoch spürbare Modifikationen erfordern) sowie die Mehrweg-Raketenstufen. Die Möglichkeit der Mehrfachverwendung der ersten und der Orbitalstufe stellt spezifische Anforderungen an deren Konstruktion, vor allem an die Eigenschaften der Triebwerke, kann aber zu einer spürbaren Kostenreduzierung einzelner Starts führen.
Der zweite charakteristische Vorteil des Projekts ist das Fehlen einer "Anbindung" an die bestehenden Raumhäfen. Die Startrampe für die Vyuga AKS kann eigentlich jeder Flugplatz sein, der Il-76-Transportflugzeuge aufnehmen kann und über eine bestimmte Ausrüstung für die Arbeit mit Raketensystemen verfügt. Dadurch kann der Start der Nutzlast in die Umlaufbahn von fast überall auf dem Planeten erfolgen. Dadurch wird ein relativ einfacher Start der Nutzlast in die Umlaufbahn mit der erforderlichen Neigung ermöglicht.
Nach den verfügbaren Daten befindet sich das Projekt des Luft- und Raumfahrtsystems Vyuga der Firma Lin Industrial derzeit noch im Stadium der Vorstudien. Die allgemeinen Merkmale des Projekts wurden festgelegt, die technische Dokumentation wurde jedoch noch nicht entwickelt. Es gibt Informationen, nach denen die vorläufige Version des Vyuga-Projekts keine Zustimmung des Kunden erhielt, der die Entwicklung initiiert hatte, und daher ohne Finanzierung blieb. Nach Schätzungen des Bauträgers werden für die erste Phase der Forschungsarbeiten Mittel in Höhe von 3,2 Millionen Rubel benötigt. Weitere Arbeiten werden neue Investitionen erfordern. Gleichzeitig sind Schätzungen über den zeitlichen und finanziellen Aufwand für die Fertigstellung des Projekts noch nicht geklärt.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Vyuga AKS-Projekt nicht die erste derartige inländische Entwicklung seiner Klasse ist. Die Arbeit in dieser Richtung in unserem Land begann bereits in den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts und wurde von mehreren Organisationen unter der Leitung von OKB-155 durchgeführt. Das Ziel des Spiral-Projekts war es, einen Komplex zu schaffen, der in der Lage ist, ein Hyperschall-Booster-Flugzeug, einen Booster-Block usw. umlaufendes Flugzeug, um eine Nutzlast in die Umlaufbahn zu bringen. Der fertige Komplex "Spirale" könnte für verschiedene Zwecke verwendet werden, vor allem im Militär.
Das Schema der Verwendung des Vyuga-Luft- und Raumfahrtsystems
Von Ende der sechziger bis Mitte der siebziger Jahre wurden mehrere Prototypen vielversprechender Technologie gebaut, die in verschiedenen Tests zum Einsatz kamen. Insbesondere die Fahrzeuge der BOR-Serie führten mehrere Suborbital- und Orbitalflüge durch. Für Tests in der Atmosphäre wurde ein MiG-105.11-Flugzeug verwendet. Nach Abschluss der Tests wurde die Arbeit am Projekt Spiral beendet. Der Kunde hielt das neue Projekt Energia-Buran für vielversprechender. Einige Prototypen, die im Rahmen des Spiral-Programms gebaut wurden, wurden später Museumsexponate.
Seit Anfang der 80er Jahre entwickelt NPO Molniya das Projekt Multipurpose Aerospace System (MAKS). Es wurde vorgeschlagen, ein An-225-Trägerflugzeug und ein Orbitalflugzeug mit zusätzlichem Treibstofftank in dieses System aufzunehmen. Je nach Konfiguration könnte der MAKS-Komplex 7 oder 18 Tonnen Nutzlast in die Umlaufbahn bringen. Es wurden sowohl automatische Fracht- als auch bemannte Versionen des Systems berücksichtigt.
Aufgrund der Probleme Anfang der 90er Jahre wurde die Arbeit am MAKS-Projekt eingestellt. Erst 2012 gab es Berichte über eine mögliche Wiederaufnahme der Arbeiten und die Schaffung einer modernen Version des Komplexes. Außerdem wurde die Möglichkeit erwähnt, das bestehende Projekt mit anderen Trägerflugzeugen etc. abzuschließen. Im Zuge des erneuten MAKS-Projekts sind seitdem, soweit bekannt, keine besonderen Fortschritte erzielt worden.
Das private Raketen- und Raumfahrtunternehmen "Lin Industrial" erstellt derzeit eine neue Version eines vielversprechenden Luft- und Raumfahrtkomplexes, der verschiedene Probleme wissenschaftlicher und anderer Art lösen kann. Inzwischen wurde das allgemeine Erscheinungsbild des Systems ausgearbeitet und seine Hauptmerkmale, Eigenschaften usw. festgelegt. Allerdings konnten die Arbeiten aus Geldmangel noch nicht weiter vorangetrieben werden. Die Zeit wird zeigen, ob die Bauträgergesellschaft einen Investor findet und ein interessantes Projekt in die Praxis umsetzen kann. Wenn es dem Projekt AKS "Vyuga" gelingt, mit dem Start einer Orbitalbühne in den Weltraum zumindest Tests zu erreichen, wird es ein großer Erfolg für die gesamte heimische Raumfahrtindustrie, sowohl öffentlich als auch privat. Von einem solchen Erfolg ist es jedoch noch weit entfernt: Das Projekt braucht noch eine lange Weiterentwicklung.
