toomth (toomth) wrote,
toomth
toomth

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

В статье от 04.02.2017
Многорежимный гиперзвуковой беспилотный летательный аппарат «Молот» была ссылка на проект Rascal:
Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Поскольку тема вроде бы заинтересовала читателей, предлагаю к рассмотрению этот проект в отдельной статье.



ВВС США в 2001 году оформили MNS-заявку *(здесь и далее звёздочкой отмечены термины и сокращения, расшифровка которых приведена в конце статьи) с изложением требований к «Оперативно адаптивной системе космического запуска» (ORS*).

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Требования MNS включали в себя следующие основные базовые задачи:
— быстрое время отклика миссии (запуска);
— возможность старта (запуска КА*) с любой широты территории США и их союзников;
— доступность (себестоимость вывода 1 кг ПН* на НОО* ) как на основе каждого миссии, так и общая низкая стоимость программы (НИОКР).

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

/прогноз потребностей рынка запусков/

В ответ на MNS, а также с учётом предполагаемых коммерческих потребностей рынка космических запусков, было предложено несколько концепций, отвечающих этим требованиям.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Наиболее реалистичным оказался проект, основанный на принципе «воздушного» старта.

Rascal-Responsive Access Small Cargo Affordable Launch, который и поддержала финансированием DARPA.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force
Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Воздушный старт (ВС) — способ запуска ракет или самолётов с высоты нескольких километров, куда доставляется запускаемый аппарат. Средством доставки чаще всего служит другой самолёт, но также может выступать воздушный шар или дирижабль.

Основные преимущества ВС:
- Как правило, эта система (или её часть) является многоразовой, с достаточно низкой себестоимостью вывода ПН* на НОО. Это обусловлено тем, что самая технически сложная первая ступень является и самой дорогой;
- Используется то, что на «халяву» дано нам мирозданием, а конкретно атмосфера. Вернее, свойства атмосферы при движении или нахождении в ней физических тел: подъемная сила и/или архимедова сила, т.е. те факторы, которые для обычных РН вертикального старта является помехой;
-Система ВС не привязана к стартовому комплексу (СК) или стартовой позиции (СП), грубо говоря, к дорогостоящему космодрому со всей инфраструктурой. И соответственно нет привязки к широте пуска (головная боль СССР и теперь уже России).

Дело в том, что есть такой неприятный физический закон:

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Начальное наклонение орбиты не может быть меньше широты космодрома.

Строить везде СК (СП, космодромы) накладно, а иногда и просто невозможно. С другой стороны аэродромами (ВПП) охвачен почти весь земной шарик.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Теоретически можно использовать и авианосец. Некое подобие комбинации "Sea Launch" и ВС (air-launched spacelift).

В системе ВС фактически могут использоваться любые ВПП, как военные, так и гражданские необходимой категории:

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Пример:
Полная взлетная масса системы ВКС не более 60 тонн. У Boeing 737-800 полная взлётная масса 79 тонн. ВПП, способных принять Boeing 737-800, только гражданских в США за 13000 (у нас около 300), а с военными ВПП более 15 000 аэропортов.

-Система воздушно космического старта в разы менее критична к погодным условиям, чем РН вертикального старта (не может маневрировать по дальности, чувствительна к ветру, скорость 500 тн махины вертикальная от 0 км/с достигает 5 км/с на высотах в 120 км, давление атмосферы (срез сопла) влияет на тягу/УИ и тд);
-Логистика (все элементы, в т.ч. и ЛА носитель-аэротранспортабельны), топливные компоненты — обычные топливные компоненты для летательных аппаратов нашего времени;

Даже боле того: ЛА (носитель) сам может прибыть на завод-изготовитель, там ему ПРОФЕССИОНАЛЬНО и в тепличных условиях устанавливают изделие, тестируют, проверяют, ЛА возвращается на точку старта (ВПП) и там, набрав высоту, на эшелоне 12-15 осуществляет заправку, затем разгон, маневр "горка" и запуск орбитальной ступени.

Системе ВКС, по сути, не надо "привозить" ракету, делать ПРР/ТЭО, да и сам МИК, по сути, не нужен:

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

-Оперативность пуска;
— Дешевизна компонентов системы и налаженное их коммерческое производство;
-Экологический аспект (зоны отчуждения под падающие ступени РН);
-Есть категория спутников, которые не могут покидать территорию страны производителя спутников, или заказчика (даже если требуется определённая широта пуска);
-Миниатюризация спутников (всё меньше и меньше по размерам и массе).

Платформа Cube-Sat как пример.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

-Любой университет (или частное лицо) может себе позволить запуск здесь и сейчас, когда ему нужно, а не потом "когда наберём достаточную полезную нагрузку";
и т.д.

Существуют и недостатки:
- Малая масса выводимой ПН и ограничения на габарит КА;
-Практически (из-за массогабаритных ограничений носителя) достижимы лишь НОО или более высокие орбиты, с существенным уменьшением массы ПН;
-Сложности как расчетов, так и исполнения носителя, способного выдерживать около — и гиперзвуковые скорости (нагрев, теплозащита, аэродинамика и т.п.);
-Постоянно возимый балласт (запас топлива для возвращения и посадки первой ступени);
-Прочее;

Начатый в марте 2002 года проект RASCAL представляет собой попытку при поддержке и под эгидой ТТО* DARPA разработки частично многоразовой системы космических запусков воздушного базирования, способной быстро и регулярно доставлять полезную нагрузку на НОО по очень экономичной цене.

Фаза II (18-месячный этап разработки программы) стартовала в марте 2003 года с выбором космической ракетной корпорации SLC (г.Ирвин, штат Калифорния), в качестве генерального подрядчика и системного интегратора.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force
Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Концепция RASCAL опирается на архитектуру Spacelift воздушного базирования, состоящую из многоразового летательного аппарата:

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

и ракету (разгонный блок) одноразового использования (ELV*), который в данном случае называется ERV*:

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

В комплексном виде в те времена это представляли так:

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force
Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Турбореактивные двигатели многоразового транспортного средства исполнены в форсированном варианте, известном с 50-х годов как MIPCC*.

Технология MIPCC прекрасно подходит для достижения высоких чисел Mach при полёте в атмосфере.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force
Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force
Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

После достижения около гиперзвуковых скоростей в горизонтальном полёте носитель делает аэродинамический маневр типа «динамическая горка» (Zoom Maneuver) и производит экзо-атмосферный (с высот более 50 км) пуск одноразовой ракеты (разгонной ступени).

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force
Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Высокая энерговооружённость ТРДД с технологией MIPCC не только допускает упрощенную двухступенчатую конструкцию ERV, но и значительно снижает структурные требования к ERV, который при таком профиле вывода не испытывает никаких существенных аэродинамических нагрузок.

Последующий повторный запуск по затратам, согласно прогнозам, будет ниже $ 750 000 на доставку 75 кг полезной нагрузки на НОО.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force
Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Благодаря своей гибкости, простоте и низкой себестоимости архитектура RASCAL может поддерживать цикл запусков между миссиями длительностью менее чем 24 часа.

В дальнейшем предполагается использовать и вариант с многоразовой второй ступенью системы.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Интересный факт: в 2002 году президент компании Destiny Aerospace г-н Tony Materna, воодушевлённый деньгами и перспективами DARPA, загорелся идеей использовать для этой системы имеющийся в наличии и списанный американский одноместный, одномоторный сверхзвуковой истребитель-перехватчик с дельтовидным крылом Convair F-106 Delta Dart.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force
Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Tony Matern на базе Davis Monthan AFB AZ при осмотре "претендентов".

Идея была достаточно здравая и легко воплощаемая.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

На самом деле модификацию Convair F-106B в 60-х годах уже испытывали с технологией MIPCC. Если я не ошибаюсь — на нём она и была разработана и опробована.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Очень жаль (с инженерной точки зрения), что дешёвый и быстро реализуемый проект RASCAL на базе F-106 так и не сдвинулся с мертвой точки после почти двух лет исследований.
Read the Final Draft of that proposal below

Небольшой флот из семи оставшихся летабельных F-106, доступных на базе Davis Monthan AFB AZ, сначала был сокращен до 4-х единиц (три F-106 были переданы для музейных экспозиций в Castle CA, Hill AFB, UT & Edwards AFB, CA), а Tony Matern так и не дождался заинтересованности и инвестирования.

Мне это напоминает наших два МИГ-31Д, которые "достались" Казахстану и просто закончили свой жизненный цикл.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

"Ишим" был основан на "Контакте", который практически был воплощён в железе:

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Первое отечественное успешное испытание с самолёта-носителя: опытный изд.«07-2» с подвеской штатной ракеты «79М6», с аэр.Сарышаган над группой полигонов Бет-Пак Дала. 26 июля 1991г.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

А болванок, без вывода ракеты на траекторию перехвата, было отстреляно около 20 единиц.

Примечание: Задумка Томи Матерна не "канула в лету". Компании StarLab и CubeCab планируют наладить доставку малогабаритных спутников на низкую околоземную орбиту с помощью 3D-печатных ракет и методики воздушного старта. Главной задачей CubeCab станет повышение оперативности запусков миниатюрных космических аппаратов за счет использования старых истребителей-перехватчиков F-104 Starfighter и недорогих 3D-печатных ракет-носителей.

Хотя F-104 впервые поднялся в воздух в далеком 1954 году, карьера этого заслуженного самолета может быть продлена, причем не в первый раз. Из-за высокой аварийности самолет начали массово снимать с вооружения еще в 70-х, но высокие летные характеристики позволили машине продержаться в качестве испытательной платформы и летного тренажера NASA до середины 90-х.

Несколько F-104 в настоящее время эксплуатируются частным оператором Starfighters Inc.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Отличная скороподъемность и высокий потолок делают F-104 подходящей платформой для запуска зондирующих ракет.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

Расчетная стоимость одного запуска составляет $250 000. Это далеко не дешево, но гораздо более выгодно, чем использование крупногабаритных ракет-носителей с неполной полезной нагрузкой.

Проект RASCAL был закрыт DARPA в пользу проекта ALASA, который был так же закрыт в 2015 в пользу проекта XS-1.

Термины и сокращения помеченные «*»:
MNS — Mission Need Statement= Официальное требование (заявка)

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

ORS — Operationally Responsive Spacelift = система запуска КА с быстрым реагированием

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

ВС — воздушный старт, ВКС(air-launched spacelift) = воздушно-космический старт.
Rascal — Responsive Access Small Cargo Affordable Launch=Доступная система запуска КА воздушного базирования с быстрым временем реакции.

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

КА — космический аппарат
LEO (НОО) LEO(НОО) — низкая околоземная орбита (Low Earth orbit)

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

ПН — полезная нагрузка
ВПП — взлётно-посадочная полоса
ELV — expendable launch vehicle= одноразовая система запуска
expendable launch vehicle (ELV)
ERV — Expendable Rocket Vehicle
ELR—Expendable Rocket Vehicle= одноразовая ракета-носитель(малой стартовой массы- small LV

Проект Rascal - воздушный старт по заказу US Air Force

MIPCC — Mass Injection Pre-Compressor Cooling
Технология представляет собой распыление воды только в передней части лопаток компрессора двигателя J-75, как только самолет приближается к Mach 3. Это приводит к охлаждению перегретого воздуха на входе двигателя, как бы обманывая двигатель, симулируя его работу на более низком числе Маха.

Впрыск воды также увеличивает плотность потока через двигатель, а также его объем (секундный расход). Результат-ТРД выдает тем больше тяги, чем быстрее двигается ЛА.
Повышение тяги теоретически возможно на 100%, 200% и 300%, в зависимости от количества впрыскиваемой воды. Этот метод также позволяет ТРД J-75 работать при гораздо более высоких высотах, чем его расчетные проектные показатели.

TTO — Tactical Technology Office (DARPA)

Использованы документы, фото и видео:
www.nasa.gov
www.yumpu.com
en.wikipedia.org
www.faa.gov
www.space.com
www.darpa.mil
robotpig.net
www.456fis.org
www.f-106deltadart.com
www.aerosem.caltech.edu
www.universetoday.com
www.spacenewsmag.com
www.geektimes.ru

Автор: Антон [opus]
http://nnm.me/blogs/mrarmaged/proekt-rascal-vozdushnyy-start-po-zakazu-us-air-force/


Tags: space, космос
Subscribe
promo toomth august 29, 2015 19:00 183
Buy for 100 tokens
Несмотря на дикие пробки на трассе Керчь-Симферополь, я таки выдвинулся сначала в райцентр Ленино, а потом и в город-спутник Щелкино, а уже оттуда попёрся на АЭС. В дикую жару, километров через 5 я понял что зря не взял такси... Пришлось намотать километров 20. В следующий раз возьму транспорт.…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 1 comment