Современная ракетно-космическая техника. Транспортные системы

Х-37В

Посадка космоплана X-37B

Х-37В – крылатый аппарат со стартовой массой около 5000 кг, имеющий крыло двойной стреловидности, V-образное оперение и трехопорное посадочное шасси. Длина космоплана – 8.92 м, размах крыла – 4.55 м, высота – 2.90 м. В хвостовой части размещен маршевый жидкостный ракетный двигатель AR2—3 фирмы Rocketdyne с тягой около 3 тс, имеются двигатели реактивной системы управления. В орбитальном полете аппарат запитывается от развертываемой солнечной батареи и литий-ионных аккумуляторов. Грузовой отсек с двухстворчатым люком имеет длину 2.1 м при диаметре 1.2 м. Максимальная масса полезного груза, размещаемого в нем, оценивается в 500 кг. Первый испытательный орбитальный пуск состоялся 22 апреля 2010 г. на ракете Atlas V.

Х-37В с открытым грузовым отсеком

За первым полетом последовали еще четыре со все возрастающей продолжительностью. Задачи их описывались лишь в самых общих чертах – как испытания новых технологий в реальных космических условиях. В редких случаях назывались экспериментальные установки, размещенные на борту на коммерческой основе. В частности, в пятом полете они проводились

Компоновка Х-37В

Исследовательской лабораторией ВВС США. Орбитальные данные на X-37B не сообщались, но наблюдатели весьма успешно, хотя и с перерывами, отследили все пять полетов. Четыре первых проходили по орбитам с невысоким наклонением – от 38° для OTV-4 до 43.5° для OTV-3, – практически не «цепляя» территорию России, и лишь в пятый раз космоплан запустили на наклонение 54.5°. Ни один аппарат не поднимался выше 440 км, а два последних полета проходили на двух основных рабочих высотах: 315—317 км и 344—352 км.

Общий вид Х-37В

Х-37В на взлётной полосе

Phantom Express (проект)

Ракетоплан Phantom Express

Phantom Express – частично многоразовая космическая система, призванная кардинально сократить сроки и стоимость запусков на орбиту небольших КА в интересах оборонных ведомств США. Целью проекта является создание космоплана, способного выводить полезную нагрузку массой 3000—5000 фунтов (1360—2270 кг) на низкую околоземную орбиту при затратах менее 5 млн $ за один полет и частоте более десяти пусков в год.

Phantom Express перед стартом

Для сравнения: к тому времени для запуска КА такого типа применялась одноразовая РН Minotaur IV компании Orbital с частотой один запуск в год по цене 55 млн $.

Беспилотный ракетоплан XS-1 должен обладать:

♦ гиперзвуковой скоростью полета, соответствующей числу Маха, большему или равному 10 (12 250 км/ч);

♦ небольшим временем межполетного обслуживания (одни сутки) с возможностью выполнения десяти пусков в течение десяти дней;

♦ способностью вывести на орбиту полезную нагрузку 4000 фунтов (1915 кг);

♦ стоимостью пуска менее 1/10 от текущих систем, то есть приблизительно 5 млн $ за полет;

♦ многоразовой первой ступенью для полета на гиперзвуковых скоростях до суборбитальной высоты в сочетании с одной или несколькими одноразовыми верхними ступенями, которые будут выводить спутник на орбиту.

Отделение второй ступени

После завершающей стадии отборочного процесса, Boeing Со. стала единственным подрядчиком по проекту: в фазе 2 она завершит проектные работы, изготовит крылатый аппарат и проведет наземные испытания, а в фазе 3, которая займет весь 2020 год, выполнит от 12 до 15 испытательных полетов. Космоплан, предложенный Boeing и названный Phantom Express, будет стартовать вертикально, неся «на спине» (наверху фюзеляжа) орбитальную ступень однократного использования. После разделения блоков космоплан совершит вход в атмосферу и планирующую посадку на обычный аэродром. Разгонять Phantom Express будет двигатель AR-22 фирмы Aerojet Rocketdyne, созданный на основе маршевого двигателя шаттлов SSME (Space Shuttle Main Engine). Ключевым требованием программы является демонстрация возможности ежедневного полета космоплана в течение десяти дней. Соответственно, в программу наземных испытаний фазы 2 входит ежедневное включение двигателя в течение 10 дней, а на фазе 3 предусмотрены десять ежедневных полетов на скоростях, соответствующих числу М=5, а как минимум один из них – на скорости М=10. Итак, разработка суборбитального беспилотного ракетоплана XS-1 близится к завершению. По замыслу DARPA, система должна стать частичной заменой шаттлов и более дешевой альтернативой классическим ракетам.

Посадка ракетоплана

Прогресс МС

Грузовой космический корабль Прогресс МС

«Прогресс» – серия транспортных беспилотных грузовых космических кораблей (ТГК), выводимых на орбиту с помощью ракеты-носителя «Союз». Разработана в СССР для снабжения орбитальных станций.

Разработка нового корабля на базе космического корабля «Союз» под кодом 7К-ТГ была начата в 1973 году. Первый «Прогресс» вышел на орбиту 20 января 1978 года. Разработчиком и изготовителем кораблей семейства «Прогресс» с 1970-х и по настоящее время является Ракетно-космическая корпорация «Энергия». Производство кораблей осуществляется на головном предприятии корпорации в подмосковном Королёве, а испытания и подготовка кораблей к запуску – в монтажно-испытательном корпусе (МИК) предприятия на 254-й площадке космодрома Байконур.

При проектировании были использованы бортовые системы, конструкции и агрегаты корабля «Союз». «Прогресс» имеет три основных отсека: герметичный грузовой со стыковочным агрегатом, где размещались материалы и оборудование, доставляемые на станцию; отсек компонентов дозаправки,

После стыковки с МКС

Компоновка Прогресса МС

Внутри Прогресса МС

сделанный негерметичным, чтобы защитить станцию в случае утечки токсичного топлива; а также приборно-агрегатный отсек (ПАО).

Первый корабль серии, Прогресс МС-01, был запущен к МКС 21 декабря 2015 года. От предыдущей серии транспортных кораблей отличается наличием дополнительного внешнего отсека, на внешней поверхности ТГК в отсеке предполагается устанавливать по четыре пусковых контейнера, с помощью которых планируется запускать до 24 спутников стандарта CubeSat со сторонами по 10 см. Запуски будут осуществляться с помощью ракет-носителей Союз-2.1а.

На модернизированный корабль установлена дополнительная защита от космического мусора и микрометеоритов на грузовом отсеке. Для повышения отказоустойчивости в состав стыковочного механизма и герметизации стыка были введены дублирующие электродвигатели.

Модернизации подверглись основные бортовые системы, обеспечивающие связь с наземным комплексом управления, а также отвечающие за сближение и стыковку грузового корабля: система управления движением и навигации, бортовая радиотехническая система, система стыковки и внутреннего перехода, телевизионная система.

Стыковочный узел Прогресса МС

Прогресс МС пристыкован к модулю Звезда

Бортовая радиотехническая система «Квант-В» с антенно-фидерными устройствами была заменена на новую единую командно-телеметрическую систему ЕКТС. Вместо аппаратуры сближения и стыковки «Курс-А» на новом «Прогрессе-МС» установлена система «Курс-НА».

Space Rider (проект)

Многоразовый спускаемый аппарат с несущим корпусом Space Rider

Space Rider – многоразовый орбитальный космоплан. Цель проекта Space Rider – создание доступной, независимой, многоразовой комплексной интегрированной европейской системы запуска полезных нагрузок массой до 800 кг на низкую околоземную орбиту и возвращения в автоматическом режиме во время «рутинных» миссий. Система будет включать свободно летающую орбитальную платформу, способную два месяца работать в космосе, безопасно возвращаться в атмосферу и совершать мягкую посадку с помощью управляемого парашюта-крыла на сушу.

Компоновка Space Rider

Входящий в систему многоразовый спускаемый аппарат с несущим корпусом (АНК) сможет до шести раз выходить на орбиту, а потом возвращаться на Землю для межполетного обслуживания, включающего ремонтно-восстановительные работы. Предполагается, что Space Rider будет многоразовой космической системой, предназначенной для научных экспериментов на околоземной орбите, отработки технологий повторного использования, алгоритмов спуска в атмосфере и автоматической посадки, а также возвращения полезной нагрузки на Землю для проверки и повторного тестирования. Кроме того, система сможет выполнять орбитальную проверку технологий, необходимых для ряда перспективных приложений, образовательные миссии, а также повышать конкурентоспособность европейской промышленности, прокладывая пути к коммерческим космическим сервисам.

Схема полёта

Система, запускаемая с европейского космодрома во Французской Гвиане, сможет выводиться на широкий спектр низких околоземных орбит разных высот и наклонений; она будет оставаться в космосе так долго, как того потребует полезная нагрузка, а затем совершит посадку на сушу.

Первым элементом системы будет многоразовый АНК имеющий многоцелевой грузовой отсек. В конструкции и системах аппарата планируется по максимуму использовать готовые компоненты.

Второй элемент – легкая РН Vega-C.

Третий элемент – одноразовый приборно-агрегатный отсек на базе блока AVUM (четвертой ступени РН Vega) для маневрирования в космосе и схода с орбиты. На нем также будут размещены развертываемые солнечные батареи для электроснабжения системы. Анализ системных требований (System Requirements Review) к Space Rider уже выполнен. Предварительное рассмотрение проекта (Preliminary Design Review) завершилась в 2018 г., а защита технического проекта (Detailed Design Review) – в 2019 г. В настоящее время с конечными пользователями обсуждаются и отбираются полезные нагрузки. Space Rider совершит первый испытательный полет после 2023 г. и приземлится на взлетно-посадочной полосе о-ва Санта-Мария (один из Азорских островов в Атлантическом океане).

Работа маршевого двигателя

Затем ему предстоит еще пять миссий с интервалом 6—12 месяцев между двумя последовательными полетами. В первые годы работы системы компания Arianespace примет решение о необходимом числе экземпляров этой модели, соответствующем конъюнктуре рынка. По мнению чиновников ЕКА, к 2025 г. система сможет совершать коммерческие рейсы, доставляя полезную нагрузку в космос и обратно на Землю по цене примерно 9200 $/кг. Вероятно, эксплуатацию системы будет осуществлять Arianespace, предоставляя правительственным и промышленным заказчикам возможность использовать грузовой отсек для размещения научных и технологических экспериментов.

Отделение полезной нагрузки

Тяньчжоу (на этапе ЛКИ)

Грузовой космический корабль Тяньчжоу

«Тяньчжоу» (кит. «Небесный челн») – грузовой космический корабль, разработанный силами Китайской исследовательской академии космической техники CAST с целью снабжения перспективной модульной орбитальной станции «Тяньгун». Основой для проекта «Тяньчжоу» стали космические лаборатории семейства «Тяньгун». От них грузовой корабль перенял общий облик и конструктивную схему. Переход к новому носителю CZ-7 позволил поднять в полтора раза стартовую массу изделия, причем весь прирост пошел на доставляемое топливо и размещаемые на борту грузы. Их общее количество по проекту может достигать 6500 кг при максимальной массе корабля 13 500 кг. При этом лимит вместимости грузового отсека составляет 5500 кг, а максимальная масса доставляемого топлива достигает 2100 кг. Конструктивно корабль состоит из двух цилиндрических объемов. Хвостовой, меньшего диаметра, представляет собой приборно-агрегатный отсек, однако официально именуется двигательным отсеком. Головным является

Корабль перед запуском на космодроме

грузовой отсек, который выполнен в форме цилиндра диаметром 3.35 м с передним коническим днищем и переходной конической секцией сзади. На боковых сторонах ПАО на одностепенных приводах установлены две трехсекционные солнечные батареи размахом 14.9 м. Общая длина «Тяньчжоу» – 10.6 м. На передней конической секции смонтирован модернизированный стыковочный узел андрогинно-периферийного типа с тремя внутренними направляющими лепестками. По периферии кольцевого интерфейса установлены четыре разъема для стыковки магистралей перекачки компонентов топлива – два для окислителя по левому борту и два для горючего по правому. Бортовая электросистема 811-го института (г. Шанхай) вырабатывает 2700 Вт от солнечных батарей и использует для хранения заряда литий-ионные аккумуляторные батареи (три блока по 22 аккумулятора). Напряжение бортовой сети – 100 В. На зенитной стороне ПАО установлены два звездных датчика и ориентируемая антенна связи через спутник-ретранслятор. «Тяньчжоу» оснащен бортовым связным комплексом высокой пропускной способности – по сравнению с предыдущей версией она увеличена вчетверо и достигает 1 Гбит/с. В хвостовой части по оси отсека смонтированы четыре двигателя орбитального маневрирования тягой 490 Н. Этим «Тяньчжоу» отличается от «Тяньгуна», у которого их только два. В качестве этих двигателей используются ЖРД второго поколения, применяемые на китайских геостационарных спутниках на платформе DFH-4. Из числа двигателей направленного перемещения тягой 150 и 120 Н четыре смонтировано по периферии хвостового днища ПАО (работают на разгон), четыре

Внутри Тяньчжоу

на конической переходной секции (на торможение). Четыре пары ЖРД разворотов по тангажу и рысканью установлены на боковых поверхностях в хвостовой части ПАО. Четыре пары двигателей тягой 25 Н для придания кораблю вращения вокруг продольной оси также находятся у кормового среза, а еще четыре пары для разворотов по тангажу и рысканью – на передней конической части. Компоненты топлива хранятся в восьми сферических баках в ПАО. Баки бортовой двигательной установки и системы дозаправки являются специализированными, однако возможно использовать для дозаправки избыток собственного топлива и наоборот – перенаправить компоненты из системы дозаправки на

Стыковка с орбитальным модулем Тяньгун-2

двигатели корабля при необходимости парирования нештатных ситуаций. Доставляемые грузы размещаются в стандартных мешках (сумках) в стеллажах по четырем плоскостям грузового модуля (под них отведено по 12 ячеек на левом и правом борту, по восемь – на зенитном и надирном), а также перед стеллажами. Некоторые ячейки специализированы под определенные виды грузов, такие как научная аппаратура, перевозимая в запитанном рабочем состоянии. Заявленный срок активного существования «Тяньчжоу» в автономном полете – три месяца.

Спроектированы три варианта «Тяньчжоу» с разной конфигурацией отсека доставляемых грузов. Помимо испытываемой в первом полете герметичной версии, для снабжения китайской космической станции «Тяньгун» будут использоваться вариант с полностью негерметичным отсеком для доставки внешних грузов и комбинированная версия, в которой передняя половина цилиндра большого диаметра выполнена как герметичная секция, а задняя – как негерметичный объем. Доставляемые в открытых секциях негерметичные грузы планируется извлекать с использованием манипулятора станции.

Тяньчжоу в автономном полёте

Cygnus

Грузовой космический корабль Cygnus

Cygnus («Лебедь») – частный автоматический грузовой космический корабль снабжения, разработанный и эксплуатирующийся компанией Orbital Sciences Corporation (сейчас – Orbital АТК) в рамках проекта COTS и в настоящее время выполняющий грузовые полеты по программе CRS.

Корабль в техническом комплексе

Cygnus состоит из двух цилиндрических отсеков – герметичного грузового модуля PCM (Pressurized Cargo Module) и приборно-агрегатного модуля SM (Service Module). Первый изготовлен фирмой Thales Alenia Space (Италия) на основе Многоцелевого грузового модуля MLM, который применялся совместно с кораблями системы Space Shuttle для доставки герметичных грузов на МКС. Второй построен Orbital АТК на основе собственной спутниковой платформы Geostar и элементов зонда Dawn. Компания-разработчик имела возможность выполнить одну демонстрационную миссию на МКС в рамках программы COTS и в общей сложности восемь рейсов CRS. В первых четырех полетах корабль летал в стандартной конфигурации, с «коротким» модулем PCM-S. Запуск осуществлялся с помощью РН Antares фирмы Orbital АТК, стартующей из космопорта MARS в штате Вирджиния. Когда носитель Antares был усовершенствован путем установки двигателя Castor 30XL в качестве второй ступени, планировалось перейти к расширенной конфигурации с «удлиненным» РСМ-Е,

Укладка грузов