×
19.06.2019
219.017.8a54

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УВОДА ОТДЕЛИВШЕЙСЯ ЧАСТИ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ С ОРБИТЫ ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ И ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ увода на орбиту утилизации отделяющейся части ракеты-носителя (ОЧРН). ОЧРН придают вращение вокруг продольной оси до достижения стабилизации ее углового положения в пространстве, затем газифицируют остатки жидких невыработанных компонентов ракетного топлива в баках окислителя и горючего и создают тормозной импульс за счет их сгорания в камере газового ракетного двигателя и высокоскоростного истечения продуктов сгорания в космическое пространство. Двигательная установка (ДУ) для осуществления способа включает топливные баки окислителя и горючего и систему наддува баков. ДУ дополнительно снабжена пороховыми ракетными двигателями раскрутки ОЧРН, по меньшей мере, одним газовым ракетным двигателем с системой питания и системой газификации остатков компонентов ракетного топлива. Система питания содержит устройства отбора газа, снабженные пиромембранами, которые подсоединены к коллектору газового ракетного двигателя. Система газификации остатков компонентов ракетного топлива (КРТ) содержит шар-баллон со сжатым газом, соединенный через электропневмоклапан и редуктор с вытеснительными емкостями горючего и окислителя, а также газогенератор, питаемый от вытеснительных емкостей и соединенный с устройствами ввода газа в топливные баки. Изобретение обеспечивает уменьшение засоренности космического пространства. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ракетно-космической технике, преимущественно к ракетам-носителям (РН) с жидкостными ракетными двигательными установками (ДУ), и может быть использовано для увода отделившейся части (ОЧ) ступени РН с орбиты полезной нагрузки на орбиту утилизации.

Известен способ отделения полезной нагрузки от РН и увода ОЧ последней ступени за счет последовательного включения тормозных двигателей (см., например, патент США №3534686, кл. 102-49.5). После разрыва механической связи выгоревшей ОЧ последней ступени РН с полезной нагрузкой с помощью одного из двигателей тормозят и одновременно разворачивают ОЧ РН, затем с временной задержкой 0,8 с воздействуют на ОЧ РН тормозным импульсом от второго тормозного двигателя и окончательно отводят ОЧ РН с траектории полета полезной нагрузки.

Устройство для осуществления данного способа содержит два твердотопливных тормозных ракетных двигателя (РД), расположенных симметрично относительно центра масс ОЧ, диаметрально противоположно.

Недостатком данного способа и устройства для его осуществления является то, что при начальном неодновременном срабатывании тормозных РД возникает дополнительная боковая динамическая нагрузка на ОЧ, т.к. действующая остаточная тяга двигателя ОЧ РН и тяга одного тормозного РД создают неуравновешенный крутящий момент, который в виде боковой силы воздействует на торец ОЧ, что ведет к искажению заданной траектории дальнейшего движения ОЧ. Кроме того, данный способ и устройство его реализации не обеспечивает увод ОЧ РН на орбиту утилизации, что ведет к увеличению засорения орбитального космического пространства.

Наиболее близким к заявляемому изобретению в части способа является способ увода аэрокосмического агрегата от разгонной ступени РН, по которому после разрыва механической связи выгоревшей ОЧ последней ступени РН с полезной нагрузкой отделяют ОЧ последней ступени РН в осевом направлении путем воздействия на ОЧ последней ступени РН тормозным импульсом с заданной равной величиной тяги одновременно от обоих тормозных РД, расположенных на ОЧ последней ступени РН, а затем после окончания времени работы одного из тормозных РД воздействуют на ОЧ последней ступени РН тормозным импульсом второго РД, продолжающего работу и обеспечивающего увод ОЧ последней ступени РН с траектории полета полезной нагрузки (патент РФ RU №2252332 С2, МПК F02K 9/80, B64G 1/26).

Недостатками данного способа является то, что он может быть реализован с помощью твердотопливных РД, обладающих большой массой по отношению к массе самой ступени. Кроме того, данный способ также не обеспечивает увод ОЧ РН на орбиту утилизации и поэтому не решает проблемы уменьшения засоренности космического пространства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению в части устройства (прототипом) является ДУ, приведенная в книге «Основы проектирования летательных аппаратов». Учебник для технических вузов. / В.П.Мишин, В.К.Безвербый и др. - М.: Машиностроение, 1985. - рис.6.22, с.220. ДУ содержит топливные баки и систему наддува баков, включающую газогенератор, устройства ввода газа в баки и расходомерные шайбы.

Данное устройство работает следующим образом.

В процессе выполнения ступенью своей целевой задачи в газогенератор подают компоненты ракетного топлива (КРТ), где они реагируют с выделением тепла и образуют газ. Этот газ подают для наддува бака горючего, а для бака окислителя используют испаренный газом наддува бака горючего окислитель, и далее газы обеспечивают вытеснение КРТ из баков в жидкостной (РД).

Однако указанная ДУ рассчитана только на выведение полезной нагрузки на орбиту функционирования. Увод ОЧ РН на орбиту утилизации при помощи данной ДУ невозможен, что приводит в итоге к увеличению засорения космического пространства.

Задачей изобретения является обеспечение увода ОЧ РН с орбиты полезной нагрузки на орбиту утилизации с целью уменьшения засоренности космического пространства.

Поставленная задача достигается тем, что в способе увода с орбиты полезной нагрузки ОЧ РН, по которому, после разрыва механической связи полезной нагрузки с ОЧ РН, к ней прикладывают тормозной импульс, согласно заявляемому изобретению предварительно рассчитывают величину тормозного импульса, необходимого для увода ОЧ РН с исходной орбиты полезной нагрузки на заданную орбиту утилизации, по формуле

,

где Нα - высота апогея орбиты утилизации, равная высоте круговой орбиты полезной нагрузки;

Нπ - высота перигея орбиты утилизации, которая определяется временем утилизации;

R3=6371 км - сферический радиус Земли;

µ0=3,986·105 км3·с2 - гравитационная константа поля тяготения Земли,

затем подбирают конструктивные параметры газового РД, обеспечивающие получение рассчитанной величины тормозного импульса для увода на орбиту утилизации, и до приложения к ОЧ РН расчетного тормозного импульса придают вращение ОЧ РН вокруг продольной оси до момента достижения стабилизации ее углового положения в пространстве, затем газифицируют остатки жидких невыработанных КРТ в баках окислителя и горючего и создают тормозной импульс за счет их сгорания в камере газового РД и высокоскоростного истечения продуктов сгорания в космическое пространство.

В части устройства поставленная задача достигается тем, что ДУ, включающая топливные баки окислителя и горючего и систему наддува баков, содержащую газогенератор, устройства ввода газа в баки, снабженные расходомерными шайбами, согласно заявляемому изобретению ДУ дополнительно снабжена пороховыми РД раскрутки ОЧ, газовым РД с системой питания и системой газификации остатков КРТ, причем система питания содержит устройства отбора газа, снабженные пиромембранами, которые подсоединены к коллектору газового РД, а система газификации остатков КРТ содержит шар-баллон со сжатым газом, соединенный через электропневмоклапан и редуктор с вытеснительными емкостями горючего и окислителя, газогенератор, снабженный расходомерными шайбами, питаемый от вытеснительных емкостей и соединенный с устройствами ввода газа в топливные баки, снабженными пиромембранами.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема заявляемой ДУ РН.

ДУ содержит:

- топливные баки окислителя 1 и горючего 2 жидкостного РД с системой наддува баков (на чертеже не показана);

- систему газификации остатков КРТ, которая состоит из шара-баллона со сжатым газом 3, соединенного через электропневмоклапан 4 и редуктор 5 с вытеснительными емкостями горючего 6 и окислителя 7, газогенератора 8, снабженного расходомерными шайбами 9, 10, питаемого от вытеснительных емкостей 6, 7 и соединенного с устройствами ввода газа в баки 11, 12, снабженными пиромембранами 13, 14 и расходомерными шайбами 15, 16;

- систему питания, которая состоит из устройств отбора газа 17, 18, снабженных пиромембранами 19, 20, которые подсоединены к коллектору 21 газового РД 22;

- пороховые РД 23 раскрутки ОЧ.

Увод с орбиты полезной нагрузки ОЧ РН на орбиту утилизации осуществляется следующим образом.

После подачи команды на выключение жидкостного РД подается команда на отделение КА. После отделения КА придают вращение ОЧ РН при помощи пороховых РД раскрутки 23 вокруг продольной оси ОЧ для ее стабилизации по направлению вектора скорости, что одновременно приводит к распределению невыработанных остатков жидкого топлива по внутрибаковым поверхностям и облегчает процесс их газификации.

Стабилизирующий момент Мст вокруг продольной оси ОЧ будет определяться величиной произведения

,

где Jx10 - начальный момент инерции ОЧ вокруг продольной оси с учетом наличия распределенных остатков топлива по стенкам бака;

ωx10 - начальная угловая скорость, придаваемая ОЧ для стабилизации ее углового положения в пространстве на момент отделения КА, реализуется за счет срабатывания пороховых РД 23.

После стабилизации ОЧ РН открывают электропневмоклапан 4 и через редуктор 5 подают газ наддува из шара-баллона 3 в вытеснительные емкости с горючим и окислителем 6 и 7 соответственно. Из вытеснительных емкостей с горючим и окислителем 6 и 7 через расходомерные шайбы 9, 10 подают КРТ в газогенератор 8.

Из газогенератора 8 посредством вскрытия пиромембран 13 и 14 через устройства ввода газа в баки 11, 12, снабженные расходомерными шайбами 15, 16, горячий газ наддува подают в баки 1, 2 с остатками КРТ, где остатки КРТ газифицируются с сохранением химической энергии путем их нагрева.

Газифицированные остатки КРТ через устройства отбора газа 17, 18 подают в коллектор 21, а потом и в газовый РД 22 посредством вскрытия пиромембран 19 и 20. Происходит горение КРТ в камере сгорания газового РД 22 с приданием тормозного импульса тяги за счет высокоскоростного истечения продуктов сгорания в окружающее космическое пространство.

Задаваясь временем существования tсущ на орбите утилизации, можно определить величину тормозного импульса для перевода ОЧ последней ступени РН с орбиты полезной нагрузки на орбиту утилизации. В соответствии с рекомендациями Межагентского координационного комитета по космическому мусору этот срок не должен быть более 25-50 лет.

Основываясь на формулах, приведенных в книге «Инженерный справочник по космической технике», изд. 2-е, под редакцией А.В.Солодова. М.: Воениздат, 1977, с.93-97, была выведена формула (2) для определения тормозного импульса компланарного перехода ОЧ РН с орбиты полезной нагрузки на орбиту утилизации. Благодаря нижеприведенной формуле стало возможным, по величинам апогея и перигея орбиты утилизации, определить тормозной импульс, необходимый для такого перехода.

Например, для перевода ОЧ РН с круговой орбиты полезной нагрузки с высотой Нкр=950 км на орбиту утилизации с параметрами Нα=950 км и Нπ=950 км, где tсущ≈25 лет, необходимо приложить тормозной импульс ΔVτ, определяемый следующим образом:

,

где Hα и Нπ - высоты апогея исходной орбиты полезной нагрузки и перигея обриты утилизации соответственно;

R5=6371 км - сферический радиус Земли;

µ0=3,986·105 км3·с2 - гравитационная константа поля тяготения Земли.

При выборе конструктивных параметров газового РД учитывают тип КРТ и расчетную величину тормозного импульса, которую необходимо реализовать.

В зависимости от рассчитанной величины тормозного импульса осуществляют настройку системы газификации остатков КРТ путем подбора расходомерных шайб 9, 10, 15, 16 для настройки газогенератора 8 и устройств ввода газа в баки 11, 12 соответственно.

Реализация предлагаемого способа и ДУ для его осуществления позволяет решить одну из важнейших задач, стоящих перед разработчиками средств выведения - снижение техногенного засорения орбитального космического пространства за счет увода ОЧ РН на орбиты утилизации. Поставленная задача решается за счет использования оставшихся в маршевой ДУ невыработанных остатков жидкого топлива, которых достаточно для отработки тормозного импульса (2).

Данный способ и устройство для его осуществления могут быть реализованы на любых РН, использующих жидкие КРТ, кроме того, данный способ может быть использован для увода на орбиту утилизации разгонных блоков и космических аппаратов, использующих РД на жидких КРТ.

Практическая реализация предлагаемого способа и двигательной установки не выходит за рамки технологических возможностей предприятий, разрабатывающих и изготавливающих РН с жидкостными РД.

Кроме того, применение данного способа позволяет в ряде случаев исключить дополнительные районы падения, например район падения ОЧ 3-ей ступени РН «Протон», который введен исходя из экологических условий - обеспечение чистоты орбитального пространства от засорения космическим мусором. Подобные РН «Протон» схемы выведения тоже позволяют избежать засорения космического пространства, однако приводят к необходимости создания района падения на территории или акватории поверхности Земли, снижают массу выводимого полезного груза и по сравнению с заявляемым изобретением требуют значительно больших финансовых вложений.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-24 из 24.
29.05.2019
№219.017.69f7

Способ увода космического мусора с орбит полезных нагрузок на основе использования отделившейся части ракеты-носителя, разгонного блока и устройство для его реализации

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для очистки околоземного космического пространства от прекративших активное существование космических аппаратов, их обломков, отделившихся частей (ОЧ) последних ступеней ракет-носителей (РН) и разгонных блоков (РБ)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002462399
Дата охранного документа: 27.09.2012
19.06.2019
№219.017.8b6e

Газовый датчик

Изобретение относится к области газового анализа, в частности к детектирующим устройствам, применяемым для регистрации и измерения содержания микропримесей ацетона и других газов. Полупроводниковое основание выполнено из поликристаллической пленки иодида меди, а подложкой служит электродная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002469301
Дата охранного документа: 10.12.2012
29.06.2019
№219.017.9f36

Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к ракетно-космической технике, в частности к ракетам-носителям на жидком топливе, а именно к отделяющейся части ракеты космического назначения на жидких компонентах топлива и к способу спуска ее в заданный район. Способ спуска отделяющейся части ракеты космического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002414391
Дата охранного документа: 20.03.2011
29.06.2019
№219.017.a10d

Слоистый упаковочный материал

Изобретение относится к области изготовления гибких слоистых упаковочных материалов для пищевых продуктов, в частности к слоистому материалу, включающему слои из алюминиевой фольги и жировлагостойкой бумаги. Слоистый упаковочный материал содержит в качестве адгезива для соединения слоев...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002446951
Дата охранного документа: 10.04.2012
Показаны записи 51-59 из 59.
08.11.2019
№219.017.df4d

Головной обтекатель ракеты-носителя

Изобретение относится к головному обтекателю (ГО) ракеты-носителя (РН), сжигаемому после отделения от РН на атмосферном участке траектории спуска ГО. ГО представляет собой трехслойную конструкцию из полимерных композиционных материалов в виде двухстворчатой оболочки переменной кривизны,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705258
Дата охранного документа: 06.11.2019
19.12.2019
№219.017.ef44

Способ газификации невырабатываемых остатков жидкого кислорода и керосина в баках ступени ракеты-носителя и устройство для его реализации

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ газификации невырабатываемых остатков жидкого кислорода и керосина предусматривает подачу источника тепловой энергии из отдельной ёмкости (8) в баки (2, 3) с остатками компонентов топлива в жидкой (4, 5) и газообразной фазах, газа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709291
Дата охранного документа: 17.12.2019
03.06.2020
№220.018.232d

Поршневой двухступенчатый компрессор

Изобретение относится к области машин объемного вытеснения и может быть использовано при создании компрессоров среднего и высокого давления. Поршневой двухступенчатый компрессор содержит цилиндры 1 первой и 2 второй ступени, поршни 3 и 4, соединенные штоком 5 с приводом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002722588
Дата охранного документа: 01.06.2020
11.07.2020
№220.018.3194

Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты-носителя и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к ракетам-носителям (РН) с жидкостными ракетными двигателями (ЖРД). Способ спуска отделяющейся части (ОЧ) ступени РН основан на ориентации и стабилизации положения ОЧ двигательной установкой вперед, приложении управляющих моментов путём сброса продуктов газификации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002726214
Дата охранного документа: 09.07.2020
24.07.2020
№220.018.36c7

Способ повышения эффективности эксплуатации магистральных нефтепроводов

Изобретение относится к области нефтяной промышленности и может быть использовано при прогнозировании работы магистральных нефтепроводов, работающих не на проектных мощностях. Предложен способ повышения эффективности эксплуатации магистральных нефтепроводов с использованием существующего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002727511
Дата охранного документа: 22.07.2020
23.05.2023
№223.018.6f46

Способ спуска ускорителя ступени ракеты-носителя при аварийном выключении жрд и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к ракетно-космической технике. Способ спуска ускорителя ступени (УС) ракеты-носителя (РН) при аварийном выключении жидкостного ракетного двигателя (АВД) в заданный район падения основан на стабилизации УС. Управление движением выполняется за счёт сброса продуктов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002746473
Дата охранного документа: 14.04.2021
27.05.2023
№223.018.70f0

Способ разработки полимерного композиционного материала с учётом его последующей утилизации и устройство для его реализации

Настоящее изобретение относится к области разработки полимерных композиционных материалов (ПКМ) с заданными характеристиками и возможностью последующей утилизации сжиганием. Способ разработки ПКМ с учётом его последующей утилизации основан на смешении высокопрочных углеродных волокон с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002776312
Дата охранного документа: 18.07.2022
27.05.2023
№223.018.721c

Способ моделирования процесса очистки поверхности и устройство для его реализации

Группа изобретений относится к области моделирования процессов очистки различных поверхностей изделий от загрязнений, возникающих в процессе производства и эксплуатации, с целью выбора оптимальных режимов и воздействующих факторов. Способ моделирования процесса очистки поверхности включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002743936
Дата охранного документа: 01.03.2021
17.06.2023
№223.018.7e1a

Способ моделирования процесса тепло- и массообмена при испарении жидкости из прозрачной емкости и устройство для его реализации

Изобретения относятся к технологическим процессам, связанным с осушкой различных изделий. Предлагается способ моделирования процесса тепло- и массообмена при испарении модельной жидкости (МЖ) из экспериментального образца (ЭО), основанный на энергетическом воздействии с заданными параметрами на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002777650
Дата охранного документа: 08.08.2022
+ добавить свой РИД