Система вывода грузов на орбиту

Полезная модель относится к аэрокосмической технике, а именно к способам выведения полезной нагрузки на орбиту. Система содержит высотную платформу и центробежную катапульту. Катапульта содержит камеру в виде двух закрывающихся и раскрывающихся створок, внутри которых размещены вращающиеся элементы центробежной катапульты с выводимым грузом, а также имеет систему для подачи в камеру водорода или гелия. Замена воздуха на водород или гелий, имеющие меньшую плотность при данном давлении среды, позволяет снизить аэродинамическое сопротивление вращающимся частям катапульты при разгоне. За счет этого экономится электроэнергия необходимая для разгона капсул. Изобретение позволяет снизить мощность двигателя катапульты и стоимость вывода грузов в космос.

Полезная модель относится к аэрокосмической технике, а именно к способам выведения полезной нагрузки с помощью многоразовой транспортно-космической системы. Полезная модель может также относиться и к стартовым сооружениям ракет-носителей космического назначения.

Идея "космического лифта" в виде космической башни, внутри которой двигается собственно сам лифт, была впервые сформулирована в 1895 году К.Э. Циолковским. В 1960 году эта идея была усовершенствована Юрием Арцутановым, который предложил для упрощения конструкции просто подвесить трос на грузе, находящемся на специальной орбите, при этом лифт должен был двигаться по сверхпрочному тросу.

Однако создать реальную систему дешевого вывода грузов на орбиту все еще не удается. Попытки ее улучшения сводятся к применению платформ, подвешенных на аэростатах или дирижаблях.

Например, по патенту РФ 2331551 C2 известен способ выведения полезной нагрузки в космос многоразовой транспортно-космической системой, включающий подъем многоразовой транспортно-космической системы с помощью транспортного средства - нулевой ступени в зону старта воздушно-космической системы, отделение от транспортного средства - нулевой ступени воздушно-космической системы, разгон воздушно-космической системы до заданной гиперзвуковой скорости на заданной высоте и т.п. отличающийся тем, что в качестве транспортного средства - нулевой ступени используют дирижабль. (Патентообладатели ФГУП ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс" и ГОУВПО Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева). Несмотря на простоту реализации система не получила распространения по экономическим соображениям.

По патенту РФ 2268209 C2 известна система воздушного пуска космических ракет, имеющая устройство предварительного подъема космической ракеты в тропосфере, содержащая вертолетные и воздушные винты, реактивный привод, кабину управления, приспособление для удержания ракеты, отличающаяся тем, что устройство предварительного подъема космической ракеты в тропосфере выполнено в виде жесткой пространственной решетки, цельной или состоящей из нескольких близких друг к другу по массе секций с возможностью их одновременного горизонтального смещения относительно вертикальной оси симметрии решетки.

Предложенная система достаточно сложна для реализации и не обеспечивает экономически выгодную высоту подъема ракет.

По патенту РФ на полезную модель 111516 известна "Система подъема на орбиту Земли и спуска Кущенко В.А.", содержащая ракетоплан, отличающаяся тем, что снабжена тросами, удерживаемыми в вертикальном положении емкостями с газом легче воздуха внутри емкостей, тросы снабжены системами подъема и спуска, установленными на поверхности указанного космического тела, при этом тросы другими концами прикреплены к платформе, удерживаемой на заданной высоте атмосферы емкостями с газом легче воздуха, на которой расположены системы жизнеобеспечения персонала и вывода ракетоплана на орбиту, причем ракетоплан содержит оболочку, в которой находятся емкости, наполненные газом легче воздуха, поверхность ракетоплана снабжена системой охлаждения «лед-вода-пар», подключенной к блоку подготовки, а система управления содержит наземную систему управления, систему управления платформой, систему управления ракетопланом, причем по тросам может перемещаться тележка, снабженная тормозами, к которой прикреплены емкость с газом легче воздуха. Из описания следует, что направляющие могут иметь системы катапультированного старта (это электромеханическая система, пневмосистема, взрывные системы и т.д.), подключенные к источникам электрической энергии на платформе или на земной поверхности.

Система описанная в патенте Кущенко В.А. обладает рядом отличительных свойств, которые позволяют создать реально работающее устройство в частности предполагается периодически разгружать тросы, удерживающие высотную платформу, подвешивая их на воздушных шарах. Эта идея позволяет повысить высоту подъема платформы, снизить прочностные требования к материалу тросов и значительно повысить безопасность устройства в целом.

Поэтому данный патент наиболее близок к предлагаемой полезной модели и является его прототипом.

Недостатками системы является использование тросовой системы и отсутствие эффективной системы разгона выводимого груза.

Техническим результатом заявляемого изобретения является сокращение затрат энергии при выводе грузов на низкие орбиты.

На фигурах 1-4 цифрами обозначены:

1 - несущая конструкция;

2 - высотная башня;

3 - высотная платформа, удерживаемой на заданной высоте емкостями с газом легче воздуха;

4 - центробежная катапульта;

5 - капсула с выводимым на орбиту грузом;

6 - камера;

7 - верхняя створка;

8 - нижняя створка;

9 - механизм закрывания-раскрывания створок;

10 - устройство для откачки разреженного воздуха из камеры и/или систему подачи в камеру водорода или гелия;

11 - двигатель центробежной катапульты;

12 - статор;

13 - ротор

14 - солнечные батареи.

На фиг.1 изображена центробежная катапульта с закрытой камерой и с замкнутыми створками в процессе разгона капсул с выводимым на орбиту грузом.

На фиг.2 изображена центробежная катапульта с отрытой камерой и с разомкнутыми створками в процессе старта и отделения капсул с выводимым на орбиту грузом.

На фиг.3 изображена система вывода грузов на орбиту установленная на высотной платформе, удерживаемой на заданной высоте емкостями с газом легче воздуха.

На фиг.4 изображена система вывода грузов на орбиту, установленная на высотной башне.

Система вывода грузов на орбиту содержит несущую конструкцию 1 в виде высотной башни 2 или высотной платформы 3, удерживаемой на заданной высоте емкостями с газом легче воздуха, систему катапультированного старта в виде центробежной катапульты 4, содержащей капсулы с выводимым на орбиту грузом 5, содержащими в свою очередь систему расцепления с центробежной катапультой при достижении капсулами заданной линейной скорости. Центробежная катапульта 4 содержит камеру 6 в виде двух створок - верхней створки 7 и нижней створки 8, снабженных механизмом их закрывания-раскрывания 9. Внутри створок размещены вращающиеся элементы центробежной катапульты с капсулами 5, а катапульта 4 имеет устройство для откачки разреженного воздуха из камеры и/или систему подачи в камеру водорода или гелия 10.

Верхняя створка 7 и нижняя створка 8 соединены со статором 12 электродвигателя 11 центробежной катапульты 4 и служат маховиком для компенсации реактивного вращающего момента. Плечи катапульты 14 с капсулами 5 соединены с противоположно вращающимся ротором 13 электродвигателя 11 центробежной катапульты 4.

На высотной платформе 3 (фиг.3) расположены солнечные батареи 14, соединенные с электродвигателем 11 катапульты 4 и другими системами платформы 3.

Система работает следующим образом.

Для снижения сопротивления воздуха при разгоне капсул 5 центробежной катапультой 4 в камере 4, образованной створками 7 и 8 создают среду, снижающую сопротивление воздуха. Для этого еще больше откачивают разреженный воздух с помощь устройства 10, либо заменяют разреженный воздух на водород или гелий, имеющие меньшую плотность при данном давлении среды, а значит оказывающие меньшее сопротивление разгону капсул. За счет этого экономится электроэнергия необходимая для разгона капсул и возможно снижение мощности разгонного двигателя, а значит и снижения веса и стоимости системы вывода грузов в космос.

Перед запуском катапульты с помощью механизма закрывания-раскрывания створок 9 смыкают створки 7 и 8, образуя замкнутую камеру 6. Устройство для откачки разреженного воздуха из камеры и/или систему подачи в камеру водорода или гелия 10 заменяет газовую среду или откачивает воздух. Затем электродвигатель 11, раскручивает катапульту 4 в одном направлении, а камеру 6, образованную створками 7 и 8 в другом направлении, компенсируя реактивный вращающий момент. При достижении заданной скорости разгона капсул 5 механизм закрывания-раскрывания створок 9 разводит створки 7 и 8 на расстояние, достаточное для вылета капсул 5. После этого капсулы 5 отцепляются от катапульты 4, осуществляя старт с заданной скоростью. Вращение створок 7 и 8 останавливается за счет трения, либо используется при следующем запуске, раскручивая катапульту в противоположном направлении.

На поверхности высотной башни 2 или высотной платформы 3 (фиг.3) могут быть расположены солнечные батареи 14, для получения электрической энергии, которая может быть использована для привода электродвигателя 11 катапульты 4 и питания других устройств. Это позволит создать автономную систему, использующую солнечную энергию для вывода грузов на орбиту.

Устройство позволит уменьшать сопротивление среды при разгоне. За счет этого снижается мощность, необходимая для разгона капсул, снижается мощность разгонного двигателя, а значит и вес и стоимость системы вывода грузов в космос.

1. Система вывода грузов на орбиту, содержащая несущую конструкцию в виде высотной башни или высотной платформы, удерживаемой на заданной высоте емкостями с газом легче воздуха, систему катапультированного старта в виде центробежной катапульты, содержащей капсулы с выводимым на орбиту грузом, содержащими в свою очередь систему расцепления с центробежной катапультой при достижении капсулами заданной линейной скорости, отличающаяся тем, что центробежная катапульта содержит камеру в виде двух створок, снабженных механизмом их закрывания-раскрывания, причем внутри створок размещены вращающиеся элементы центробежной катапульты с капсулами, а катапульта имеет устройство для откачки разреженного воздуха из камеры и/или систему подачи в камеру водорода или гелия.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что створки соединены с одной из вращающихся частей двигателя центробежной катапульты, например со статором, и служат маховиком для компенсации реактивного вращающего момента, а плечи катапульты с капсулами с выводимым на орбиту грузом соединены с противоположно вращающейся частью двигателя центробежной катапульты, например с ротором, или наоборот.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что содержит солнечные батареи, расположенные на поверхности высотной башни или высотной платформы.