Устройство посадки возвращаемой ступени ракеты

Устройство для посадки возвращаемой ступени ракеты-носителя Российский патент 2021 года по МПК B64G5/00

Описание патента на изобретение RU2740525C1

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при создании средств выведения, предусматривающих спасение отработавших ракетных блоков первой ступени.

В настоящее время известны различные способы спасения первых ступеней ракет-носителей. В том числе, за счет воздушно-реактивных двигателей используемого для этих целей планера или парашютных систем, а также за счет использования собственных маршевых двигателей возвращаемой первой ступени и выдвижных опор для ее посадки на специально подготовленную площадку, расположенную, например, на морской платформе.

Известен вариант возврата ракетного блока с использованием парашютных систем, который предусматривает пассивный полет по баллистической траектории после разделения, неуправляемый полет в атмосфере, аэродинамическое торможение за счет площади поверхности многоразовой ступени, последовательный ввод в действие парашютной системы, включающей вытяжной и/или тормозной парашют, раскрытие многокупольной системы основного парашюта, погашение скорости падения и приводнения, также возможен вертолетный подхват во время парашютного спуска, транспортировка и мягкая посадка (http://news.nplus1.ru/Kf8M).

Существует проект возврата ракетного блока с крылатой схемой спасения, который предусматривает пассивный управляемый полет после отделения от ракеты-носителя на безатмосферном участке полета, стабилизованное аэродинамическое торможение, пространственное маневрирование на сверх- и трансзвуковых скоростях с целью разворота ступени в направлении старта, планирование, возвратный участок крейсерского полета, заход и посадку на аэродром. При реализации крылатой схемы спасения в конструкцию ракетного блока многоразовой первой ступени должны быть включены самолетные системы, превращающие ускоритель первой ступени в крылатый ракетный блок (патент на изобретение РФ №2442727).

В настоящее время используется схема возврата ракетного блока, которая предполагает пассивный полет ракетного блока первой ступени по баллистической траектории после отделения от ракеты-носителя, повторное включение маршевой двигательной установки (либо ее части) перед входом в атмосферу для снижения тепловых и механических нагрузок на конструкцию ракетного блока, аэродинамическое торможение в атмосфере с постоянным углом атаки и предпосадочное торможение с помощью маршевого жидкостного ракетного двигателя с регулируемой (глубокодросселируемой) тягой, заканчивающееся посадкой на посадочные опоры на специальную площадку, либо морскую платформу, расположенную по трассе пуска ракеты-носителя (https://www.google.ru/amp/s/amp.topwar.ru/88375-proekt-falcon-9-uspeshnaya-posadka-pervoy-stupeni-i-perspektivy-rynka.html).

Такие способы спасения первых ступеней ракет-носителей позволяют решить проблему экологической безопасности пуска ракет-носителей.

Однако при безусловных преимуществах использования собственного двигателя возвращаемой первой ступени для ее посадки, недостатком указанного варианта спасения является необходимость дополнения конструкции этой ступени посадочными опорами. Это приводит к увеличению сухой массы ракетного блока, уменьшению массы полезного груза и, соответственно, увеличению удельной стоимости выведения 1 кг полезного груза на целевую орбиту.

Анализ приведенных аналогов показал, что общим с заявляемым техническим решением является только их назначение. При этом существенные признаки, характеризующие эти аналоги, в заявленном техническом решении отсутствуют. Поэтому выбрать прототип данного изобретения, как наиболее близкий аналог, не представляется возможным.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение спасения средства выведения с минимизацией энергетических потерь и снижением влияния на окружающую среду без внесения конструктивных изменений возвращаемой первой ступени, необходимых для ее посадки.

Технический результат, обеспечиваемый заявленным изобретением, заключается в значительном снижении удельной стоимости выведения 1 кг полезного груза в сравнении с другими техническими решениями за счет сохранения ее исходной конструкции.

Это достигается тем, что устройство для посадки возвращаемой ступени ракеты-носителя содержит расположенные на поверхности земли сетчатую конструкцию из жаропрочной стали, выполненную в форме усеченного конуса и установленную на шарнирных опорах, и механический манипулятор. Исполнительные органы манипулятора расположены над сетчатой конструкцией. Основания усеченного конуса, образованного сетчатой конструкцией, расположены в горизонтальной плоскости, его внутренняя полость обращена по направлению «в зенит», а диаметр меньшего основания имеет размер, больший величины проходящей через него при посадке части хвостового отсека ракеты-носителя. Опоры сетчатой конструкции выполнены с возможностью регулирования положения ее продольной оси относительно нормали к земной поверхности. В плоскости, проходящей через меньшее основание конуса сетчатой конструкции, установлены крепежные крюки для удержания ракеты-носителя после ее посадки.

Таким образом, указанный технический результат обеспечивают особенности конструкции сетчатого устройства и использование механического манипулятора, который сопровождает возвращаемую ступень ракеты-носителя в процессе ее спуска и обеспечивает посадку этой ступени в центр посадочного устройства.

Принцип работы посадочного устройства поясняется на Фиг. 1 и 2, где 1 — возвращаемая первая ступень, 2 — посадочное устройство, 3 — механический манипулятор, образованный двумя исполнительными органами, 4 — сетчатая конструкция посадочного устройства, 5 — крепежи.

Посадка возвращаемой ступени производится после ее отделения от ракеты-носителя, проведения маневра возврата и корректируется собственной двигательной установкой. При посадке ракетный блок, скользя хвостовым отсеком по внутренней поверхности сетчатой конструкции, опускается к малому основанию усеченного конуса, диаметр которого выбран исходя из возможности свободного прохождения через него части хвостового отсека. Необходимую точность посадки ракетного блока в сетчатую конструкцию обеспечивает сопровождение его спуска механическим манипулятором. При полной посадке ракетного блока его двигательная установка выключается, а сам ракетный блок фиксируется с помощью крепежных крюков, установленных на дне конструкции (снизу) и исполнительных органов механического манипулятора (сверху). Прицеливание траектории возврата ракетного блока обеспечивает установленная на нем система управления.

Похожие патенты RU2740525C1

название	год	авторы	номер документа
МНОГОРАЗОВЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ	1999	Киселев А.И. Медведев А.А. Труфанов Ю.Н. Радугин И.С. Кузнецов Ю.Л. Панкевич А.А. Набойщиков Г.Ф. Ушаков В.М.	RU2148536C1
МНОГОРАЗОВЫЙ РАКЕТНО-АВИАЦИОННЫЙ МОДУЛЬ И СПОСОБ ЕГО ВОЗВРАЩЕНИЯ НА КОСМОДРОМ	2010	Рябуха Николай Николаевич	RU2442727C1
ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ БАЛЛИСТИЧЕСКАЯ МНОГОРАЗОВАЯ ТРАНСПОРТНАЯ КОСМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА	2012	Савельев Борис Иванович	RU2485025C1
РАКЕТНЫЙ БЛОК МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ	1993	Мишин В.П. Безвербый В.К. Михайлов Ю.В. Паничкин Н.И. Перелыгин Б.П. Пискарева Н.Б.	RU2053168C1
СПОСОБ ВЫВЕДЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ НА ОКОЛОЗЕМНУЮ ОРБИТУ И МНОГОРАЗОВЫЙ СОСТАВНОЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ РАКЕТНЫЙ САМОЛЕТ-НОСИТЕЛЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (АЭРОКОСМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА » НУР-САИД»)	2001	Гашимов Мирсултан Исмаил Оглы	RU2232700C2
РАЗГОННЫЙ САМОЛЕТ-НОСИТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ)	2019	Сушенцев Борис Никифорович	RU2715816C1
Способ и устройство для многократного вывода в космос и возвращения негабаритного груза и способ использования негабаритного груза на других планетах	2012	Александров Олег Александрович	RU2627902C2
ПЛАНИРУЮЩИЙ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ (ВАРИАНТЫ) СО СТВОРЧАТЫМ ГОЛОВНЫМ ОБТЕКАТЕЛЕМ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЕГО ВОЗВРАЩЕНИЕМ НА АЭРОДРОМ	2011	Рябуха Николай Николаевич	RU2479469C1
РАКЕТА КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ ТАНДЕМНОЙ СХЕМЫ С МНОГОРАЗОВОЙ ПЕРВОЙ СТУПЕНЬЮ	2006	Дегтярь Владимир Григорьевич Данилкин Вячеслав Андреевич Телицын Юрий Сергеевич Жуков Валерий Александрович Казновский Габбас Иванович Могиленко Владимир Иванович Обухов Николай Александрович Позин Григорий Борисович Усолкин Юрий Юрьевич	RU2318704C2
МНОГОРАЗОВАЯ РАКЕТА-НОСИТЕЛЬ	2019	Сушенцев Борис Никифорович	RU2712720C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 740 525 C1

Реферат патента 2021 года Устройство для посадки возвращаемой ступени ракеты-носителя

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, а более конкретно к системам посадки. Устройство для посадки возвращаемой ступени ракеты состоит из расположенных на поверхности земли сетчатой конструкции из жаропрочной стали и механического манипулятора. Сетчатая конструкция выполнена в форме усеченного конуса и установлена на шарнирных опорах. Над ней расположены исполнительные органы манипулятора. Внутренняя полость сетчатой конструкции обращена по направлению «в зенит». Диаметр меньшего основания обеспечивает прохождение через него части хвостового отсека ракеты-носителя. Во время посадки ракетный блок при движении к малому основанию усеченного конуса скользит по внутренней поверхности сетчатой конструкции. Механический манипулятор корректирует движение ракетного блока, направляя его в центр устройства. Достигается снижение массы ракеты. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 740 525 C1

Устройство для посадки возвращаемой ступени ракеты-носителя содержит расположенные на поверхности земли сетчатую конструкцию из жаропрочной стали, выполненную в форме усеченного конуса и установленную на шарнирных опорах, и механический манипулятор, исполнительные органы которого расположены над сетчатой конструкцией, основания усеченного конуса, образованного сетчатой конструкцией, расположены в горизонтальной плоскости, его внутренняя полость обращена по направлению «в зенит», а диаметр меньшего основания имеет размер больший, чем величина части хвостового отсека ракеты-носителя, проходящей через него при посадке, при этом опоры сетчатой конструкции выполнены с возможностью регулирования положения ее продольной оси относительно нормали к земной поверхности, а в плоскости, проходящей через меньшее основание конуса сетчатой конструкции, установлены крепежные крюки, удерживающие ракету-носитель после ее посадки.

Источник

«Роскосмос» запатентовал устройство посадки для многоразовой ракеты. Их нет в России

Об успехах российских космических разработчиков сообщил ТАСС. Новая разработка «Роскосмоса» — это сетчатая конструкция из жаропрочной стали и механического манипулятора, устанавливаемая на земле в месте посадки ракеты.

По задумке изобретателей, блок ракеты, достигнув после пуска определённой высоты, вернётся на планету по рассчитанной траектории, которую установит система управления.

Достигнув площадки с этим устройством, возвращаемая ступень должна опуститься к основанию, скользя хвостовым отсеком по внутренней поверхности сетчатой конструкции, объяснили в ЦНИИмаш. Чтобы посадка прошла точно, понадобится механический манипулятор, способный захватывать отработанную ступень. После того, как ракетный блок опустится к основанию площадки, двигатели отключатся, а сама ступень зафиксируется внутри уловителя с помощью специальных крюков на дне конструкции.

Такое устройство позволяет безопасно приземлять многоразовые ракеты на установленные для них площадки, не опасаясь их заваливания.

Сейчас, впрочем, таких ракет в России нет, но их разработка входит в ближайшие планы «Роскосмоса». В октябре 2020 года госкорпорация подписала с центром «Прогресс» контракт на разработку эскизного проекта комплекса с первой российской многоразовой ракетой на метане «Амур», которую предполагается запускать с космодрома Восточный. Также возвращаемой планируют сделать тяжёлую ракету-носитель «Ангара».

Технологии будущего, которое уже наступило, — в нашем инстаграме.

Источник

Институт Роскосмоса запатентовал устройство посадки возвращаемой ступени ракеты

МОСКВА, 5 февраля. /ТАСС/. ЦНИИмаш (головной научный институт Роскосмоса) получил патент на устройство для посадки возвращаемой ступени ракеты-носителя. Об этом говорится в материалах, распространенных Федеральным институтом промышленной собственности.

«Устройство для посадки возвращаемой ступени ракеты состоит из расположенных на поверхности земли сетчатой конструкции из жаропрочной стали и механического манипулятора», — говорится в документе, который имеется в распоряжении ТАСС.

Предполагается, что после отработанного участка выведения ракетный блок по определенной траектории, заданной системой управления, вернется на Землю и попадет в устройство. Затем возвращаемая ступень опустится к основанию, скользя хвостовым отсеком по внутренней поверхности сетчатой конструкции.

Точность посадки будет обеспечивать механический манипулятор, который захватит ракетный блок. Когда возвращаемая ступень спустится к основанию конструкции, произойдет отключение двигательной установки. «Сам ракетный блок фиксируется с помощью крепежных крюков, установленных на дне конструкции (снизу) и исполнительных органов механического манипулятора (сверху)», — уточняется в патенте.

В настоящее время в РФ нет многоразовых ракет. В октябре прошлого года Роскосмос и Ракетно-космический центр «Прогресс» подписали контракт на разработку эскизного проекта космического ракетного комплекса с первой российской многоразовой ракетой на метане «Амур». Она получит возвращаемую первую ступень и будет запускаться с космодрома Восточный в Амурской области.

Также в июне прошлого года в Роскосмосе сообщили, что новая версия госконтракта на опытно-конструкторскую работу «Амур» предусматривает модернизацию ракеты-носителя «Ангара», в том числе изучение вопроса о создании многоразовых ступеней. В декабре генеральный конструктор КБ «Салют» Центра им. Хруничева Сергей Кузнецов отметил в интервью телеканалу «Россия-24», что технически «Ангару» можно сделать возвращаемой, но экономическую целесообразность такого проекта необходимо изучить.

Источник