Project Rascal – start powietrzny na zlecenie Sił Powietrznych USA
W artykule z dnia 04.02.2017 Wielomodowy hipersoniczny bezzałogowy statek powietrzny Molot
był link do projektu Rascal:
Ponieważ temat wydawał się być interesujący dla czytelników, proponuję ten projekt do rozpatrzenia w osobnym artykule.
W 2001 r. Siły Powietrzne USA złożyły wniosek o MNS * (dalej gwiazdka oznacza terminy i skróty, których dekodowanie podano na końcu artykułu) określające wymagania dotyczące „Operatywnie adaptacyjnego systemu startu w kosmos” (ORS). *).
Wymagania MNS obejmowały następujące główne podstawowe zadania:
- szybki czas reakcji misji (start);
- możliwość wystrzelenia (wystrzelenia statku kosmicznego *) z dowolnej szerokości geograficznej na terytorium Stanów Zjednoczonych i ich sojuszników;
— przystępność (koszt sprowadzenia 1 kg ST* do LEO*) zarówno na podstawie każdej misji, jak i ogólnego niskiego kosztu programu (B+R).
/prognoza potrzeb rynku startowego/
W odpowiedzi na MNS oraz w odpowiedzi na dostrzegane potrzeby komercyjne rynku startów w kosmos, zaproponowano kilka koncepcji, aby spełnić te wymagania.
Najbardziej realistyczny projekt opierał się na zasadzie startu „z powietrza”.
Rascal-Responsive Access Small Cargo Affordable Launch, który był wspierany przez fundusze DARPA.
Start powietrzny (AC) to metoda wystrzeliwania rakiet lub samolotów z wysokości kilku kilometrów, na które dostarczany jest pojazd startowy. Pojazdem dostawczym jest najczęściej inny samolot, ale może to być również balon lub sterowiec.
Główne zalety samolotu:
- Z reguły ten system (lub jego część) jest wielokrotnego użytku, przy dość niskim koszcie uruchomienia PN* do LEO. Wynika to z faktu, że najbardziej skomplikowany technicznie pierwszy stopień jest również najdroższy;
- Wykorzystuje to, co daje nam wszechświat za darmo, a konkretnie atmosferę. Dokładniej, właściwości atmosfery podczas ruchu lub obecności w niej ciał fizycznych: siła nośna i/lub siła Archimedesa, tj. te czynniki, które stanowią przeszkodę dla konwencjonalnych wyrzutni pionowych;
- System samolotu nie jest powiązany z kompleksem startowym (SC) lub miejscem startu (SP), z grubsza mówiąc, z drogim kosmodromem z całą infrastrukturą. W związku z tym nie ma odniesienia do szerokości geograficznej startu (ból głowy dla ZSRR, a teraz dla Rosji).
Faktem jest, że istnieje takie nieprzyjemne prawo fizyczne:
Początkowe nachylenie orbity nie może być mniejsze niż szerokość geograficzna kosmodromu.
Budowanie wszędzie SC (SP, kosmodrom) jest drogie, a czasem wręcz niemożliwe. Z drugiej strony lotniska (pasy startowe) obejmują prawie cały glob.
Teoretycznie można by również użyć lotniskowca. Jakaś kombinacja „Sea Launch” i BC (wystrzeliwana z powietrza winda kosmiczna).
W systemie statku powietrznego może być wykorzystany każdy pas startowy, zarówno wojskowy, jak i cywilny, wymaganej kategorii:
Przykład:
Całkowita masa startowa systemu VKS nie przekracza 60 ton. Boeing 737-800 ma masę startową brutto 79 ton. Pasy startowe zdolne do odbioru Boeingów 737-800, tylko cywilne w USA za 13000 300 (mamy około 15), a przy pasach wojskowych ponad 000 XNUMX lotnisk.
- System startowy w przestrzeni powietrznej jest kilkakrotnie mniej krytyczny dla warunków pogodowych niż rakieta nośna wertykalna (nie może manewrować w zasięgu, jest wrażliwa na wiatr, prędkość pionowa 500 ton kolosa z 0 km/s dochodzi do 5 km/s na wysokości 120 km atmosfera ciśnieniowa (odcięcie dyszy) wpływa na ciąg / UI itp.);
-Logistyka (wszystkie elementy, w tym lotniskowce, nadają się do transportu lotniczego), komponenty paliwowe to konwencjonalne komponenty paliwowe dla samolotów naszych czasów;
Co więcej: sam samolot (przewoźnik) może przybyć do producenta, gdzie jest PROFESJONALNIE i w warunkach szklarniowych produkt jest instalowany, testowany, sprawdzany, samolot wraca na miejsce startu (pas startowy) i tam po osiągnięciu wysokości , na poziomie lotu 12-15 wykonuje tankowanie, następnie rozpędzanie, manewr „wzniesienia” i wystrzelenie na orbitę.
System VKS w rzeczywistości nie musi „przynosić” rakiety, robić PRR / studium wykonalności, a sam MIK w rzeczywistości nie jest potrzebny:
- Skuteczność startu;
- Taniość elementów systemu i ich ugruntowana produkcja komercyjna;
- Aspekt środowiskowy (strefa wyłączenia pod opadającymi stopniami rakiety nośnej);
-Istnieje kategoria satelitów, które nie mogą opuścić terytorium kraju producenta satelity lub klienta (nawet jeśli wymagana jest określona szerokość geograficzna wystrzelenia);
- Miniaturyzacja satelitów (mniejszych i mniejszych rozmiarów i masy).
Przykład platformy Cube-Sat.
- Każdą uczelnię (lub osobę) stać na wystartowanie tu i teraz, kiedy trzeba, a nie później „kiedy zdobędziemy wystarczający ładunek”;
itd.
Są też wady:
- Niska masa wyjścia PN i ograniczenia dotyczące wymiarów statku kosmicznego;
- W praktyce (ze względu na ograniczenia masy i rozmiarów nośnika) możliwe są tylko orbity LEO lub wyższe, przy znacznym spadku masy rakiety nośnej;
- Trudności w obliczeniach i wykonaniu nośnika zdolnego wytrzymać prędkości bliskie i naddźwiękowe (ogrzewanie, ochrona termiczna, aerodynamika itp.);
-Stały balast przewoźny (zapas paliwa na powrót i lądowanie pierwszego etapu);
-Inny;
Rozpoczęty w marcu 2002 r. projekt RASCAL jest próbą, wspieraną i pod auspicjami TTO* DARPA, opracowania częściowo wielokrotnego użytku odpalanego z powietrza systemu kosmicznego, zdolnego do szybkiego i regularnego dostarczania ładunków do LEO po bardzo ekonomicznych kosztach.
Faza II (18-miesięczna faza rozwoju programu) rozpoczęła się w marcu 2003 r. wraz z wyborem firmy Space Rocket Corporation SLC (Irvine, Kalifornia) na głównego wykonawcę i integratora systemów.
Koncepcja RASCAL opiera się na architekturze powietrznego podnośnika kosmicznego, składającego się z samolotu wielokrotnego użytku:
oraz rakieta jednorazowa (górny stopień) (ELV*), która w tym przypadku nazywa się ERV*:
W złożonej formie w tamtych czasach był reprezentowany w następujący sposób:
Silniki turboodrzutowe pojazdu wielokrotnego użytku wykonane są w wersji wymuszonej, znanej od lat 50. jako MIPCC*.
Technologia MIPCC doskonale nadaje się do osiągania wysokich liczb Macha w locie atmosferycznym.
Po osiągnięciu prędkości zbliżonych do hipersonicznych w locie poziomym, lotniskowiec wykonuje manewr aerodynamiczny typu „dynamiczny poślizg” (Zoom Maneuver) i wykonuje egzo-atmosferyczny (z wysokości powyżej 50 km) start rakiety jednorazowej (stopień dopalacza) .
Wysoki stosunek mocy do masy turbowentylatora MIPCC pozwala nie tylko na uproszczoną dwustopniową konstrukcję ERV, ale także znacznie zmniejsza wymagania konstrukcyjne dla ERV, który nie doświadcza żadnych znaczących obciążeń aerodynamicznych przy tym profilu mocy.
Przewiduje się, że kolejne ponowne uruchomienie będzie kosztować poniżej 750 000 USD, aby dostarczyć do LEO ładunek o wadze 75 kg.
Ze względu na swoją elastyczność, prostotę i niski koszt, architektura RASCAL może obsługiwać cykl uruchamiania między misjami krótszy niż 24 godziny.
W przyszłości planowane jest skorzystanie z opcji z wielorazowym drugim stopniem systemu.
Ciekawostka: w 2002 roku prezes Destiny Aerospace, pan Tony Materna, zainspirowany pieniędzmi i perspektywami DARPA, zapalił się pomysłem wykorzystania dostępnego i wycofanego z eksploatacji amerykańskiego jednomiejscowego, jednomiejscowego silnik naddźwiękowy myśliwca przechwytujący delta-wing Convair F-106 Delta Dart dla tego systemu.
Tony Matern na podstawie Davis Monthan AFB AZ podczas kontroli „wnioskodawców”.
Pomysł był całkiem rozsądny i łatwy do wdrożenia.
W rzeczywistości modyfikacja Convair F-106B była już testowana z technologią MIPCC w latach 60-tych. Jeśli się nie mylę, został opracowany i przetestowany na nim.
Szkoda (z inżynierskiego punktu widzenia), że tani i szybko wdrożony projekt RASCAL oparty na F-106 nie ruszył z ziemi po prawie dwóch latach badań.
Przeczytaj ostateczną wersję tej propozycji poniżej
Mała flota siedmiu pozostałych zdatnych do lotu F-106 dostępnych w Davis Monthan AFB AZ została początkowo zredukowana do 4 jednostek (trzy F-106 zostały przeniesione do ekspozycji muzealnych w Castle CA, Hill AFB, UT i Edwards AFB, CA) oraz Tony Matern nigdy nie czekałem na zainteresowanie i inwestycje.
Przeczytaj więcej o F-106 tutaj:
Myśliwce przechwytujące F-106 i Su-15 „Strażnicy nieba”
Przypomina mi to nasze dwa MIG-31D, które „dotarły” do Kazachstanu i po prostu zakończyły swój cykl życia.
„Ishim” został oparty na „Kontakcie”, który był praktycznie wcielony w sprzęt:
Pierwszy udany krajowy test z samolotu przewoźnika: eksperymentalna edycja „07-2” z zawieszeniem standardowej rakiety „79M6”, z air.Saryshagan nad grupą poligonów Bet-Pak Dala. 26 lipca 1991
A ślepaki, bez doprowadzenia pocisku na trajektorię przechwytywania, wystrzelono około 20 jednostek.
Uwaga: Pomysł Tommy'ego Matern'a nie „popadł w zapomnienie”. StarLab i CubeCab planują dostarczyć małe satelity na niską orbitę okołoziemską za pomocą rakiet drukowanych w 3D i techniki wystrzeliwania z powietrza. Głównym celem CubeCab będzie zwiększenie prędkości startów miniaturowych statków kosmicznych poprzez wykorzystanie starych myśliwców przechwytujących F-104 Starfighter oraz tanich pojazdów nośnych drukowanych w 3D.
Chociaż F-104 po raz pierwszy poleciał w 1954 roku, kariera tego uhonorowanego samolotu może zostać przedłużona i to nie po raz pierwszy. Ze względu na wysoki wskaźnik wypadków samolot zaczął być masowo wycofywany z eksploatacji w latach 70., ale wysoka wydajność lotu pozwoliła mu przetrwać jako platforma testowa NASA i symulator lotu do połowy lat 90.
Kilka F-104 jest obecnie eksploatowanych przez prywatnego operatora Starfighters Inc.
Jego doskonała prędkość wznoszenia i wysoki pułap sprawiają, że F-104 jest odpowiednią platformą do wystrzeliwania rakiet sondujących.
Szacowany koszt jednego startu to 250 000. To nie jest tanie, ale o wiele bardziej opłacalne niż użycie dużych pojazdów nośnych z niepełnym ładunkiem.
Projekt RASCAL został zamknięty przez DARPA na rzecz projektu ALASA, który również został zamknięty w 2015 roku na rzecz projektu XS-1.
Wydanie DARPA - listopad 2015
Terminy i skróty oznaczone „*”:
MNS- Oświadczenie o potrzebie misji= Oficjalne wymaganie (aplikacja)
ORS - Operationally Responsible Spacelift = system wystrzeliwania statku kosmicznego z szybką reakcją
Słońce - start lotniczy, VKS (air-launched spacelift) = start lotniczy.
Rascal - Responsive Access Small Cargo Affordable Launch=Niedrogi powietrzny system startowy z szybkim czasem reakcji.
KA - statek kosmiczny
LEO (LEO)
Kliknij LEO (LEO) - niska orbita okołoziemska (niska orbita okołoziemska))
PN - ładowność
pas startowy - pas startowy
ELV - jednorazowy pojazd startowy = jednorazowy system startowy
jednorazowy pojazd startowy (ELV)
ERV – jednorazowy pojazd rakietowy
ELR — Expendable Rocket Vehicle = jednorazowy pojazd startowy (mała masa startowa - mały LV
MIPCC — Chłodzenie wstępnego kompresora wtrysku masowego
Technologia ta polega na rozpylaniu wody tylko z przodu łopatek sprężarki silnika J-75, gdy samolot zbliża się do 3 Macha. To chłodzi przegrzane powietrze na wlocie silnika, skłaniając silnik do pracy z niższą liczbą Macha.
Wtrysk wody zwiększa również gęstość przepływu przez silnik oraz jego objętość (przepływ na sekundę). W rezultacie silnik turboodrzutowy wytwarza większy ciąg, tym szybciej porusza się samolot.
Zwiększenie ciągu jest teoretycznie możliwe o 100%, 200% i 300%, w zależności od ilości wtryskiwanej wody. Ta metoda pozwala również silnikowi turboodrzutowemu J-75 pracować na znacznie większych wysokościach niż jego zaprojektowane wartości projektowe.
TTO - Biuro Techniki Taktycznej (DARPA)
Wykorzystane dokumenty, zdjęcia i filmy:
www.nasa.gov
www.yumpu.com
en.wikipedia.org
www.faa.gov
www.space.com
www.darpa.mil
robotświnia.net
www.456fis.org
www.f-106deltadart.com
www.aerosem.caltech.edu
www.universetoday.com
www.spacenewsmag.com
www.geektimes.ru (moja strona Anton @AntoBro)
informacja