V posledních letech vzbudil rozvoj soukromých společností působících v leteckém průmyslu zvláštní zájem odborníků i široké veřejnosti. Řada zahraničních organizací tohoto druhu již představila několik různých návrhů různých tříd s různými charakteristikami. Podobné organizace působí i u nás. K dnešnímu dni byl představen nový vývoj v této oblasti. Společnost Lin Industrial tak představila projekt leteckého systému Vyuga.
Projekt leteckého kosmického systému Vyuga (AKS) vyvinula moskevská společnost Lin Industrial pracující za pomoci nadace Skolkovo na žádost nejmenovaného zákazníka. Cílem projektu bylo vypracovat vzhled opakovaně použitelného dvoustupňového systému určeného k vynesení lidí a různých nákladů na oběžnou dráhu. Přitom vzhledem k omezené nosnosti systému je za hlavní úkol považována implementace různých vědeckých studií atd. Kromě toho není vyloučeno vojenské použití systému za účelem provádění průzkumu nebo jako nosiče vysoce přesných zbraní.
V navrhované podobě má systém "Blizzard" řadu charakteristických výhod. Poskytuje plnou opětovnou použitelnost všech komponent systému, využití stávajícího nosného letounu, možnost umístění nákladu na oběžné dráhy v širokém rozsahu sklonů a také bezpečnost prostředí. Použití nosného letadla navíc umožňuje vypouštět užitečné zatížení z různých oblastí planety, včetně těch, které startují z území země zákazníka.
Celkový pohled na AKS „Blizzard“před startem
Projekt Vyuga AKS zahrnuje použití komplexu sestávajícího ze tří hlavních komponent. Hlavním prvkem, který zajišťuje výkon zbytku, jsou nosná letadla se sadou držáků pro přepravu zbytku vybavení. Navrhuje se také použít první stupeň s raketovými motory, který je zodpovědný za zrychlení tzv. orbitální fáze. Ten je zařízení schopné létat jak v atmosféře, tak mimo ni. Všechny prvky komplexu „Blizzard“se musí umět vrátit na základnu.
Podle vývojáře organizace vytvoření Vyuga AKS začalo studiem dostupných schopností a určením parametrů požadovaného vybavení. Užitečné zatížení komplexu bylo tedy stanoveno na úrovni 450 kg, což bylo přivedeno na nízké zatížení blízké zemi. Je třeba poznamenat, že technologické satelity typu „Photon“mají podobné parametry nosnosti. Dále, s přihlédnutím k výpočtům pro různé prvky komplexu, byl určen rozsah potenciálních nosných systému.
Bylo rozhodnuto opustit vojenský transportní letoun An-124 „Ruslan“a An-225 „Mriya“kvůli nadměrné nosnosti. Nosič raket Tu-160 se nevešel kvůli malému počtu stávajících vozidel tohoto typu. V důsledku toho byly brány v úvahu pouze letouny M-55X Geofizika, MiG-31 a Il-76. Další výpočty ukázaly, že Geofizika a MiG-31 nelze použít jako pomocné letadlo pro letecký systém. Tato letadla mají vysoký praktický strop, ale mají nedostatečné užitečné zatížení. Při jejich použití nemohlo užitečné zatížení „Blizzardu“překročit 50–60 kg, což neodpovídalo původním výpočtům.
Schéma montáže
Jediným vhodným dopravcem systému byl tedy vojenský transportní letoun Il-76. Ani v tomto případě však ne všechny konstrukční prvky umožňovaly použít techniku bez jakýchkoli úprav. Výpočty ukázaly, že pro přepravu a spuštění posilovacích a orbitálních stupňů potřebuje letadlo konstrukční vyztužení a instalaci nějakého nového vybavení. Takové úpravy umožnily plně realizovat stávající výhody v podobě vysoké nosnosti a také kompenzovat stávající ztrátu nadmořské výšky ve srovnání s jinými potenciálními nosiči.
Projekt „Blizzard“ve své současné podobě počítá s modernizací letounu Il-76 s využitím některých nových jednotek. Ve střední části nákladového prostoru letadla je navrženo namontovat speciální podpůrný vazník, který přerozděluje hmotnost raketových systémů na silové prvky letadla. Tento výrobek je prolamovaná konstrukce o délce 12,9 m, šířce 3,3 ma výšce 2,7 m s vyčnívajícími prvky v horní části, které přesahují trup. Původně byl vazník navržen z plastu vyztuženého uhlíkovými vlákny, ale později se z důvodu pevnosti projekt změnil. Výrobek by nyní měl sestávat z titanových prvků o průměru 85 mm. V tomto případě je hmotnost vazníku 6, 2 t. Určité zjednodušení konstrukce je možné snížením tloušťky částí spodní části vazníku.
Po instalaci příhradového nosníku do letadla se na horním povrchu jeho trupu objeví několik uzlů pro dokování s prvním stupněm raketového systému. S jejich pomocí se navrhuje spojení nosného letadla s dalšími prvky komplexu. Držáky musí mít řídicí systémy, které umožňují vypuštění raketových systémů v požadovaném okamžiku.
Na základě výsledků předběžných projekčních prací a výzkumu s využitím počítačového modelování tvořili designéři „Lin Industrial“celkový vzhled první etapy AKS „Vyuga“. Tento produkt by měl být relativně velkým raketovým letadlem určeným k urychlení orbitálního stupně po oddělení od pomocného letadla. Takové způsoby aplikace vedly k potřebě vypracovat některé konstrukční prvky. Zejména bylo nutné vyvinout křídlo a stabilizátor určený k zatažení raketového systému z nosného letadla po oddělení.
Návrh příhradové konstrukce navržený pro instalaci na pomocný letoun
Navrhuje se poměrně jednoduchý návrh první etapy. Všechny hlavní jednotky této techniky musí být namontovány na podlouhlém vazníku, který je základem konstrukce. Na horní část krovu se navrhuje namontovat palivové a okysličovací nádrže, za které by měl být umístěn motor. V tomto případě musí mít zadní nádrž na rozdíl od přední složitější tvar, který je nezbytný pro správné umístění orbitálního stupně. Ve spodní části příhradového nosníku jsou k dispozici úchyty pro letadla. Vzhledem k očekávanému mechanickému a tepelnému namáhání by měl první stupeň získat tepelnou ochranu ze spodního trupu.
Pro let v atmosféře bezprostředně po oddělení od nosiče a během přistání musí první stupeň „Blizzardu“použít sadu různých letadel. Navrhuje se namontovat nízké křídlo do střední části trupu. Byla také vyvinuta ocasní jednotka se dvěma žebry s poměrně malými stabilizátory. Uvnitř draku se navrhuje namontovat podvozek, který je nezbytný pro návrat prvního stupně na požadované letiště.
Nyní se uvádí, že byl vytvořen tvar jednoho z hlavních prvků prvního stupně, nádrže okysličovadla. Na tento výrobek byly kladeny vysoké požadavky na pevnost, objem, těsnost a další parametry, až do potřeby maximální produkce naplněné kapaliny. S přihlédnutím k těmto požadavkům a charakteristikám kapalného kyslíku byla stanovena obecná konstrukce nádrže. Válcový boční povrch nádrže by měl být vyroben z uhlíkových vláken s epoxidovým pojivem a také by měl mít vnitřní povlak ve formě filmu PMF-352. Ten je nezbytný ke snížení negativního dopadu nízkoteplotního oxidačního činidla na kompozitní díly. Rámy a dna vlepené do kompozitní části jsou navrženy tak, aby byly vyrobeny ze slitiny hliníku a hořčíku. Uvnitř nádrže by měly být instalovány přepážky, potrubí a další potřebné součásti.
Celkový pohled na první fázi
Do ocasní části prvního stupně se navrhuje namontovat jednokomorový raketový motor na kapalné palivo s požadovanými charakteristikami. Elektrárna využívající petrolej a kapalný kyslík by měla vykazovat rychlost odtoku plynu na úrovni 3,4 km / s, což umožní dosažení požadovaných tahových parametrů. Konstrukční rychlost prvního stupně je asi 4720 m / s.
Při celkové délce 17,45 m by měl mít první stupeň Vyuga AKS suchou hmotnost 3,94 tuny a plnou startovací hmotnost 30,4 tuny. Většina počáteční hmotnosti je palivo: 7050 kg paliva a 19 210 kg okysličovadla.
K zadnímu trupu prvního stupně se navrhuje připevnit tzv. orbitální stupeň určený k přepravě užitečného zatížení a jeho vypuštění na požadovanou trajektorii / oběžnou dráhu. Charakteristické vlastnosti provozu takového zařízení vedly k vytvoření neobvyklého typu pódia. Orbitální stupeň „Blizzardu“by měl mít zjednodušený tvar vnějších jednotek draku s ogivální horní částí nosní kapotáže a sekcí ocasního bloku blízko oválu. Dno s tepelně stínící vrstvou by mělo mít mírně zakřivený tvar.
V horní části trupu orbitálního stupně je navrženo umístění padákového oddílu, oddílu ovládacího vybavení, za kterým musí být velký objem pro uložení užitečného zatížení. Pod těmito oddíly jsou umístěna místa pro montáž sférických a válcových nádrží na palivové součásti. Ocasní část trupu je umístěna pod motorem. V horní části trupu lze instalovat poklopné klapky určené k montáži užitečného zatížení do skříně pódia i k jeho odstranění venku při provádění různých prací. Zejména lze takový poklop použít k nasazení solárních panelů při použití kosmické lodi v orbitální konfiguraci.
Popis první etapy
V současné podobě projekt Vyuga zahrnuje stavbu orbitálního stupně dlouhého 5505 mm, širokého 2604 mm a vysokého 1,5 m. Suchá hmotnost orbitálního stupně je 950 kg. Užitečné zatížení - 450 kg. Spolu s dodávkou paliva a okysličovadla by měl přístroj vážit 4,8 tuny. Současně je podle výpočtů podíl petroleje 914 kg a okysličovadla 2486 kg. Rychlost produktu by měla být až 4183 m / s.
Principy používání leteckého systému Vyuga vypadají docela jednoduše a umožňují umístění nákladu na požadovanou trajektorii nebo na nízkou referenční oběžnou dráhu s minimálními nezbytnými náklady. Při přípravě na úkol musí být v nákladovém prostoru orbitálního stupně nainstalováno požadované užitečné zatížení. Toto zařízení se poté umístí na první stupeň a kompletní systém se namontuje na úchyty pomocného letadla. Po naplnění nádrží obou stupňů petrolejem a tekutým kyslíkem může Vyuga AKS začít pracovat.
První fáze provozu systému vyžaduje správnou činnost posádky nosného letounu. IL-76 s prvky „Blizzard“na trupu by měl vystoupat do výšky 10 km a s požadovaným kurzem přejít do odpalovacího prostoru raketového systému. Dále je navrženo odpojení, po kterém by se první stupeň měl vzdálit od nosiče a zapnout podpůrný kapalinový motor. Nosné letadlo zase dostane příležitost vrátit se na své letiště. Další let se provádí po etapách nezávisle a pomocí našich vlastních řídicích systémů.
První stupeň má dodávku paliva potřebného k provozu motoru po dobu 185 s. Během této doby se orbitální stupeň zrychluje se stoupáním do dané nadmořské výšky. Pomocí první etapy by se měl Vyuga AKS zvednout do výšky 96 km a přivést orbitální stupeň na požadovanou trajektorii. Po vyčerpání paliva orbitální stupeň upustí. Orbitální fáze pokračuje v pohybu po dané trajektorii, zatímco první musí jít do plánování a absolvovat kurz na místo přistání. Snížením a zpomalením rychlosti musí první stupeň nakonec přistát se stávajícím podvozkem pomocí metody „letadlo“. Po přistání může stupeň projít nezbytnou údržbou, která umožňuje jeho opětovné použití.
Celkový pohled na orbitální fázi
Po oddělení by měl orbitální stupeň zahrnovat vlastní motor a provést výstup na danou oběžnou dráhu. Při plném užitečném zatížení je možné provozovat motor po dobu 334 sekund se stoupáním na oběžnou dráhu s nadmořskou výškou 200 km. Po vstupu na oběžnou dráhu s požadovanými parametry může užitečné zatížení v podobě vědeckého zařízení nebo jiného vybavení začít pracovat. Po dokončení zadaných úkolů se orbitální fáze může vrátit na Zemi.
Pro deorbitování se navrhuje použít brzdný impuls, který přenáší orbitální stupeň na trajektorii přistání. S pomocí tepelné ochrany a efektivního trupu vstupuje jeviště bez rizika do hustých vrstev atmosféry a vystupuje do přistávací plochy. V dané výšce se navrhuje otevřít padák, který je zodpovědný za měkké přistání aparátu. Přistání „podobné letadlu“není z technických a provozních důvodů zajištěno. Po přistání mohou technici začít pracovat s užitečným zatížením. Kromě toho se plánuje provedení údržby orbitálního stupně s následnou přípravou na nový let.
Podobný algoritmus pro použití Vyuga AKS je navržen pro vědecké použití. Kromě toho se zvažuje možnost využití takové technologie v zájmu ozbrojených sil. V tomto případě může letecký systém místo orbitálního stupně obdržet bojové vybavení s požadovanými vlastnostmi. Přesné parametry této verze komplexu však zatím nebyly stanoveny. V tuto chvíli se zvažuje pouze možnost vytvoření bojové verze „Blizzardu“a určují se možné oblasti jeho aplikace.
Bojová verze Vyuga AKS může být nosičem úderného systému nebo prostředkem k zachycení nepřátelské vesmírné lodi. V druhém případě lze dosáhnout vysoké účinnosti bojové práce, kterou zajišťuje možnost poměrně jednoduchého nasazení bojového vybavení na oběžné dráhy s různými parametry. Realizace takových myšlenek však může být spojena s určitými obtížemi. V první řadě musí být potíže spojeny s omezením hmotnosti užitečného zatížení. Ani úplná náhrada orbitálního stupně speciálním bojovým systémem neumožní vytvořit produkt o hmotnosti více než několik tun.
Orbitální stupeň, pohled zdola, dno není zobrazeno. Bílý je trup, modrý jsou palivové nádrže, červený je motor, oranžový je padák, šedý je prostor pro užitečné zatížení
Navrhovaná architektura leteckého systému umožňuje získat určité výhody oproti jiným komplexům podobného účelu. Hlavními výhodami projektu Vyuga, které mohou poskytnout významný pozitivní ekonomický efekt, je použití stávajícího nosného letounu (nicméně s potřebou znatelných úprav), jakož i vratných raketových stupňů. Možnost vícenásobného použití prvního a orbitálního stupně ukládá specifické požadavky na jejich konstrukci, především na vlastnosti motorů, ale může vést ke znatelnému snížení nákladů na jednotlivé starty.
Druhou charakteristickou výhodou projektu je absence „vazby“na stávající kosmodromy. Odpalovací rampou pro Vyuga AKS může být ve skutečnosti jakékoli letiště schopné přijímat dopravní letadla Il-76 a disponující určitou sadou vybavení pro práci s raketovými systémy. Díky tomu lze vypuštění užitečné hmotnosti na oběžnou dráhu provést téměř odkudkoli na planetě. Díky tomu je zajištěno relativně jednoduché vypuštění užitečné zátěže na oběžnou dráhu s požadovaným sklonem.
Podle dostupných údajů v současné době zůstává projekt leteckého systému Vyuga od společnosti Lin Industrial ve fázi předběžných studií. Byly stanoveny obecné vlastnosti projektu, ale technická dokumentace ještě nebyla vyvinuta. Existují informace, podle kterých předběžná verze projektu Vyuga nezískala souhlas zákazníka, který inicioval jeho vývoj, a v důsledku toho zůstal bez financování. Podle odhadů vývojáře vyžaduje první etapa výzkumných prací financování ve výši 3,2 milionu rublů. Další práce budou vyžadovat nové investice. Přitom odhady času a finančních nákladů nutných k dokončení projektu ještě nebyly upřesněny.
Je třeba poznamenat, že projekt Vyuga AKS není prvním takovým domácím vývojem ve své třídě. Práce v tomto směru v naší zemi začaly již v šedesátých letech minulého století a byly prováděny několika organizacemi v čele s OKB-155. Cílem projektu Spiral bylo vytvořit komplex schopný používat hypersonický posilovací letoun, posilovací blok atd. obíhající letadlo k vypuštění nákladu na oběžnou dráhu. Hotový komplex „Spirála“mohl být použit pro různé účely, především v armádě.
Schéma využití leteckého systému Vyuga
Od konce šedesátých let do poloviny sedmdesátých let bylo postaveno několik prototypů slibné technologie, které byly použity v různých testech. Zejména vozidla řady BOR uskutečnila několik suborbitálních a orbitálních letů. Pro zkoušky v atmosféře bylo použito letadlo MiG-105.11. Po dokončení testů byly práce na projektu Spiral ukončeny. Zákazník považoval nový projekt Energia-Buran za slibnější. Některé prototypy postavené v rámci programu Spirála se později staly muzejními exponáty.
NPO Molniya od začátku osmdesátých let vyvíjí projekt víceúčelového leteckého systému (MAKS). Bylo navrženo zahrnout do tohoto systému nosné letadlo An-225 a orbitální letadlo s přídavnou palivovou nádrží. V závislosti na konfiguraci mohl komplex MAKS dopravit na oběžnou dráhu 7 nebo 18 tun užitečného zatížení. Uvažovalo se jak o automatickém nákladu, tak o verzi s posádkou.
Kvůli problémům počátku devadesátých let byly práce na projektu MAKS ukončeny. Teprve v roce 2012 se objevily zprávy o možném obnovení práce a vytvoření moderní verze komplexu. Kromě toho byla zmíněna možnost dokončení stávajícího projektu pomocí jiných nosných letadel atd. Pokud je známo, od té doby v průběhu obnoveného projektu MAKS nebylo dosaženo žádného zvláštního pokroku.
Soukromá raketová a vesmírná společnost „Lin Industrial“v současné době vytváří novou verzi slibného leteckého komplexu schopného řešit různé problémy vědecké i jiné povahy. Nyní je již celkový vzhled systému zpracován a byly stanoveny jeho hlavní vlastnosti, vlastnosti atd. Práce ale zatím nemohou postoupit dále kvůli nedostatku financí. Čas ukáže, zda si developerská společnost najde investora a zda se jí podaří přivést zajímavý projekt k praktické implementaci. Pokud se projektu AKS „Vyuga“podaří dosáhnout alespoň testů s vypuštěním orbitálního stupně do vesmíru, bude to velký úspěch pro celý domácí vesmírný průmysl, veřejný i soukromý. K takovému úspěchu má však stále daleko: projekt stále potřebuje dlouhé pokračování vývoje.
