Разработка концепции многоразовой воздушно-космической системы для выведения полезных нагрузок на низкую околоземную орбиту с учетом влияния аэродинамических и тепловых факторов


Авторы

Титов Д. М.*, Бон А. Ф., Ермаков В. Ю., Туфан А. **

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: d.titov@mai.ru
**e-mail: anttufan@gmail.com

Аннотация

В статье представлен сравнительный анализ отечественных и зарубежных кон-цепций многоразовых воздушно-космических систем на основе массогабаритных и тягово-импульсных характеристик. Выполнена объективная оценка перспективности применения мно-горазовых воздушно-космических систем в сравнении с многоразовыми ракетами-носителями по различным техническим показателям, таким как силовые установки, межполетное обслу-живание, надежность, наземная инфраструктура и траектории выведения. Предложена новая концепция многоразовой воздушно-космической системы, а также проведено ее численное моделирование с учетом основных показателей эффективности, изменяющихся в зависимости от угла атаки и скорости полета.

Ключевые слова:

многоразовая воздушно-космическая система, комбинированный воздушно-реактивный двигатель, жидкостный ракетный двигатель, увеличенная грузоподъемность, аэродинамические и тепловые нагрузки

Список источников

  1. Емелин А.А., Завилов И.М., Кленина Т.В. О роли многоразовых транспортных средств в условиях организации космического производства // Экономика космоса. 2022. № 2 (2). C. 74–78.

  2. Firsyuk S.O., Ermakov V.Yu., Tufan A. et al. A con-ceptual approach to ensure the reliability of separation devices for promising launch vehicles without using pyrotechnics // Aerospace Systems. 2025. DOI: 10.1007/ s42401-025-00346-0

  3. Firsyuk S.O., Ermakov V.Yu., Tufan A. et al. De-velopment of а separation device as part of a promising launch vehicle without using pyrotechnics // Aerospace Systems. 2025. DOI: 10.1007/s42401-025-00347-z

  4. Ermakov V.Yu., Tufan A., Firsyuk S.O. Choice of design solutions for separating the payload from the launch vehicle without using pyrotechnic elements // Aerospace Systems. 2025. DOI: 10.1007/s42401-025-00348-y

  5. Ракета-носитель с возвращаемой ступенью.

  6. Володин С.В., Корунов С.С. Развитие гиперзвуковых технологий и создание многоразовых систем выведения космических аппаратов как один из путей диверсификации аэрокосмической отрасли // Бизнес в законе. Экономико-юридический журнал. 2016. № 6. C. 152–159.

  7. Ярошевский В.А. Вход в атмосферу космических летательных аппаратов. М.: Наука, 1988. 335 с.

  8. Walter E. Hammond Design Methodologies for Space Transportation Systems. AIAA Education, 2001. 866 p.

  9. Емельянов О.Н., Федорова Е.В. Разработка воздушно-космических самолетов в СССР в период 1950-1960-х гг // Актуальные проблемы гуманитарных и социально-экономических наук. 2016. Т. 10. № S2. С. 53–55.

  10. Nebylov A., Nebylov V. Reusable Space Planes Challenges and Control Problems // IFAC-PapersOnLine. 2016. Vol. 49. № 17. pp. 480–485. DOI: 10.1016/j.ifac ol.2016.09.082

  11. Camarda C. Space shuttle design and lessons learned // NATO Science and Technology Lecture Series on «Hypersonic Flight Testing» at Von Karman Institute, Rhodes-St-Genese, Belgium. 2014. DOI: 10.13140/RG. 2.1.2635.2405

  12. Jackson D.J. A Compilation of technology spinoffs from the US space shuttle program // The 1993 NASA/ASEE Summer Faculty Fellowship Program, 1993.

  13. Матвеенко А.М. (ред.) Гидрокомплекс орбитального корабля «Буран». М.: МАИ, 2006. 287 с.

  14. Святушенко В.В., Ягодников Д.А. Комплексный анализ эффективности топлив для воздушно-кос-мического самолета с прямоточным воздушно-реак-тивным двигателем // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2020. № 5 (134). С. 19–40.

  15. Parker K.H., Dalle D.J. Turbine-Based combined cycle propulsion for reusable launch vehicles. NASA Technical Memorandum TM-2021–217280, 2021. 20 p.

  16. Яновский Л.С., Харин А.А., Киришев Е.Л. Проблемы применения криогенных углеводородных топлив в высокоскоростных летательных аппаратах // Двигатель. 2008. № 5. С. 11.

  17. Тюрин А.П. Разработка конфигурации воздушно-кос-мического самолета с учетом условий эксплуатации и функционального назначения // Молодежный научно-технический вестник. 2015. № 12. С. 4.

  18. NASA Space Technology Roadmaps and Priorities. National Academies Press, 2012. 376 p.

  19. Seleznev R.K., Surzhikov S.T., Shang J.S. A review of the scramjet experimental data base // Progress in Aerospace Sciences. Vol. 106. pp. 43–70. DOI: 10.1016/j.pae rosci.2019.02.001

  20. Preller D., Smart M. Reusable launch of small satellites using scramjets // Journal of Spacecraft and Rockets. 2017. Vol. 54. № 10. pp. 1–13. DOI: 10.2514/1.A33610

  21. Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос».

  22. Mehta U., Aftosmis M.J., Pandya S. Skylon aerodynamics and SABRE plumes // 20th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference (2015. Glasgow, Scotland, United Kingdom). DOI:10.2514/6.2015-3605

  23. Фомин В.М., Латыпов А.Ф. Из атмосферы – в космос. Воздушно-космический самолет – транспорт будущего // Наука из первых рук. 2011. № 1 (37). C. 10–19.

  24. Hyslop A., McGilvray M., Doherty L.J. et al. Aerodynamic testing of the Skylon spaceplane // International Conference on Flight Vehicles, Aerothermodynamics and Re-entry Missions & Engineering (FAR 2019).

  25. Blanchard R.C. Rarefied flow lift-to-drag measurements of the shuttle orbiter // NASA Langley Research Center Hampton, Virginia, USA.

  26. Филин Н.В., Буланов А.Б. Жидкостные криогенные системы. Л.: Машиностроение, 1985. 246 с.

  27. Казанджан П.К., Тихонов Н.Д., Янко А.К. Теория авиационных двигателей: теория лопаточных машин. М.: Машиностроение, 1983. 222 с.

  28. Roux J.A., Shakya N., Choi J. Revised Parametric Ideal Scramjet Cycle Analysis // Journal of Thermophysics and Heat Transfer. Vol. 27. № 1. pp. 178–183. DOI: 10.25 14/1.t3961

  29. ГОСТ 4401-81 Атмосфера стандартная. Параметры. М.: ФГУП ИПК издательство стандартов, 1981. 180 с.

  30. Ермаков В.Ю., Туфан А., Бирюкова М.В., Фирсюк С.О. Математическая модель продольного движения космического аппарата на различных участках его полета // Инженерный журнал: наука и инновации. 2023. № 8 (140). DOI: 10.18698/2308-6033-2023-8-2298

  31. Gargioni G., Alexandre D., Peterson M. et al. Multiple asteroid retrieval mission from lunar orbital platform-gateway using reusable spacecrafts // IEEE Aerospace Conference (2019). DOI:10.1109/AERO.2019.8741985

  32. Reviznikov D.L., Nenarokomov A.V., Konstantinov M.S. et al. Calculation of heat loads in analysis of superorbital entry of spacecraft into atmosphere of the Earth // Journal of Engineering Thermophysics. 2023. Vol. 32. № 3. pp. 467–481. DOI: 10.1134/S1810232823030 050

  33. Аношко И.А., Ермаченко В.С., Смольский А.А. Моделирование натурных условий полета космических аппаратов в атмосферах Земли и других планет при гиперболических скоростях // Информатика. 2007. № 3 (15). C. 26–33.

  34. Андреевский В.В. Динамика спуска космических аппаратов на Землю. М.: Машиностроение, 1970. 235 с.

  35. Сихарулидзе Ю.Г. Баллистика летательных аппаратов. М.: Наука, 1982. 352 с.

  36. Карагодин В.В. Приближенные методы расчета внеатмосферного активного участка траектории // Труды МАИ. 2013. № 66. C. 11.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2025