Адаптация аэрокосмической системы к выведению спутников на высокоэнергетические орбиты

Авторы

Михалёв С. М.

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия

e-mail: semyon.mikhalyov@tsagi.ru

Аннотация

Объектом исследования является многоразовая транспортная аэрокосмическая система (АКС) на базе двухфюзеляжного дозвукового самолета-носителя для выведения на околоземную орбиту различных полезных грузов.

Цель работы – определение возможности использования многоразовых аэрокосмических систем для выведения грузов на высокоэнергетические орбиты, в том числе в интересах ГЛОНАСС.

Метод и методология проведения работ основаны на теоретических и вычислительных работах, в том числе с использованием программ систем автоматизированного проектирования и вычислительной гидродинамики [1, 2].

В работе представлены:

– анализ основных параметров ГЛОНАСС как исходных данных для формирования облика аэрокосмической системы;

– формирование траектории многоразовой аэрокосмической системы (АКС) с возвратом к точке старта ее первых ступеней;

– оптимизация основных параметров АКС в задаче доставки на орбиту спутников ГЛОНАСС.

В работе выполнен анализ применения частично многоразовой аэрокосмической системы – максимально унифицированной модификации полностью многоразовой АКС – для выведения спутников на высокоэнергетические орбиты.

В целях увеличения энергетики РКС, потребной для доставки спутников ГЛОНАСС на круговую высокоэнергетическую орбиту предложен вариант АКС с одноразовой второй ракетной ступенью и космическим разгонным блоком на кислородно-водородном топливе (как и первые две ступени РКС). В результате проведенного анализа и формирования облика определены оптимальные траектории и тяговооруженности ступеней РКС и космического разгонного блока.

Ключевые слова

аэрокосмическая система, ГЛОНАСС, двухфюзеляжный самолет-носитель, ракетно-космическая система, формирование облика

Библиографический список

1. Михалёв С.М. Разработка методики формирования облика и оптимизация параметров полностью многоразовой ракетно-космической системы выведения на орбиту // Материалы V Международного межотраслевого молодёжного научно-технического форума "Молодёжь и будущее авиации и космонавтики", Москва, 2013, С. 251 - 252.

2. Бузулук В.И., Михалёв С.М. Оптимизация параметров аэрокосмической системы с помощью CFD-моделирования // Инженерный журнал: наука и инновация. 2017. № 9. URL: http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2017-9-1668.

3. Shkadov L., Denisov V., Lazarev V., Plokhikh V., Buzuluk V., Volodin S., Chervonenko K., Skipenko V. The comparative analysis of various aerospace system concepts // Acta Astronautica, 1995, vol. 35 (1), pp. 47 - 54.

4. Stanley D.O., Engelund W.C., Lepsch R.A., McMillin M., Wurster K.E., Powell R. W., Guinta T., Unal R. Rocket-Powered Single-Stage Vehicle Configuration Selection and Design // Journal of Spacecraft and Rockets, 1994, vol. 31, no. 5, pp. 792 - 798.

5. Михалев С.М. Аэрокосмическая система для межконтинентальных перелетов // Труды МАИ. 2015. № 81. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=57773

6. Бузулук В.И., Михалёв С.М. Полностью многоразовая аэрокосмическая система на базе дозвукового самолета-носителя с возвратом первых к точке старта // Авиакосмическая техника и технология. 2018. № 1 – 2. С. 3 - 12.

7. Лозино-Лозинский Г.Е. Полет «Бурана» // Материалы XIX Гагаринских научных чтений - 1989. - М.: Наука, 1990. С. 6 - 21.

8. Space Shuttle News Reference Manual, 1988, available at: http://science.ksc.nasa.gov/shuttle/technology/sts-newsref/stsref-toc.html

9. МАКС. Состояние разработки, научно-технический задел. Энциклопедия «Буран». URL: http://buran.ru/htm/makszad.htm

10. Кузин А.И., Вахниченко В.В., Лозин С.Н., Лехов П.А., Семенов А.И., Горбатенко В.В., Ромашкин А.М., Бузулук В.И., Плохих В.П., Ковалев И.Е., Цыплаков В.В., Кондратов А.А. Многоразовая ракетно-космическая система. Ближайшие перспективы разработки и лётно-экспериментальной отработки // Авиакосмическая техника и технология. 2010. № 2. С. 9 - 18.

11. О системе ГЛОНАСС. Информационно-аналитического центра координатно-временного и навигационного обеспечения. URL: http://glonass-iac.ru/guide/gnss/glonass.php

12. Можаев Г.В. Проблемы оптимизации движения спутниковых систем: состояние исследований и перспективы // Труды МАИ. 2009. № 34. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=8227

13. Курсков Е. 3 ноября с космодрома Плесецк был произведен запуск ракеты-носителя «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат» и навигационным спутником «Глонасс-М». ТАСС, 30 ноября 2018. URL: http://tass.ru/info/5754908

14. Бузулук В.И. Оптимизация траекторий движения аэрокосмических летательных аппаратов. – М.: ЦАГИ, 2008. - 476 с.

15. Соколов Н.Л. Анализ комбинированных способов формирования орбит искусственного спутника планет // Труды МАИ. 2016. № 87. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=69701

16. Соколов Н.Л. Метод расчета приближенно-оптимальных траекторий движения космического аппарата на активных участках выведения на спутниковые орбиты // Труды МАИ. 2014. № 75. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=49689

17. Hohmann W. Die Erreichbarkeit der Himmelskorper. Untersuchungen uber das Raumfahrtproblem. Oldenbourg, Munchen, 1925, 122 p.

18. Ting L. Optimum orbital transfer by impulses // ARS Journal, 1960, vol. 30, no 11, pp. 1013 - 1018.

19. Ting L. Optimum orbital transfer by several impulses // Acta Astronautica, 1960, vol. 6, no 5, pp. 256 - 266.

20. Lawden D.F. Optimal Trajectories for Space Navigation. London, Butterworths, 1963, 126 p.

21. Bender D.F. Optimum coplanar two-impulse transfers between elliptic orbits // Aerospace Engineering, 1962, no. 21, pp. 44 – 52.

22. Eckel K. Optimum transfer in a central force field with n impulses // Acta Astronautica, 1982, vol. 9, no. 3, pp. 139 – 146.

23. Marchal C. Transferts optimaux entre orbites elliptiques coplanaires (duree indifferente) // Acta Astronautica, 1965, vol. 11, no. 6, pp. 432 - 445.

Скачать статью