2.2.47. Космические летательные аппараты

реактивным соплом вперед и производит тормозной импульс. Скорость МВКЛА снижается до V<VK\ (первая космическая ско­ рость), и он сходит с орбиты Земли, далее тормозится в атмосфере и совершает посадку «по-самолетному».

Первыми многоразовыми космическими системами стали «Спейс шатл» - космический челнок (США) - и комплекс «Энер­ гия - Буран» (СССР). Выбор практически одинаковых компоно­ вочных схем для МВКЛА (орбитального самолета) был продикто­ ван одинаковыми массой и объемом полезной нагрузки, одинаковыми условиями возвращения с орбиты искусственного спутника Земли с гиперзвуковой скоростью, соответствующей числам М = 5...25, и условиями посадки на взлетно-посадочную полосу. Однако для комплексов в целом были приняты принципи­ ально различные технические решения.

Фактически «Спейс шатл» - это снабженный ускорителями орбитальный самолет. МВКЛА, имеющий три маршевых кисло- родно-водородных ЖРД, крепится к внешнему топливному баку, к которому также крепятся два разгонных РДТТ. При вертикальном старте «Спейс шатл» необходимая для преодоления силы земного тяготения тяга создается одновременной работой РДТТ и ЖРД, рас­ ходующими топливо из внешнего топливного бака. После выгора­ ния твердого топлива на высоте 40 км разгонные РДТТ отделяют­ ся от внешнего топливного бака и с помощью парашютной системы совершают мягкое приводнение. Маршевые ЖРД продолжают работу до полной выработки топлива из внешнего топливного бака, после чего происходит разделение корабля и ба­ ка. Специальная двигательная установка орбитального маневри­

рования, состоящая из двух ЖРД, завершает вывод корабля на орбиту.

Вертикальный старт МВКЛА «Буран» 1 (см. рис. 2.72) обеспе­ чивает универсальная двухступенчатая ракета-носитель «Энер­ гия», первая ступень которой состоит из четырех ракетных блоков с ЖРД. Вторая ступень - оснащенный четырьмя кислородно­ водородными ЖРД центральный блок 2, на который крепятся бло­ ки первой ступени и «Буран». Старт комплекса производится при работающих двигателях первой и второй ступеней. После выра­ ботки топлива из блоков первой ступени они попарно отделяются и осуществляют управляемый спуск в атмосфере. Отделение «Бу­ рана» от центрального блока происходит при достижении задан­ ной скорости на промежуточной орбите. Включая собственный маршевый ЖРД, «Буран» выходит на круговую опорную орбиту.

После осуществления тормозного импульса и схода с орбиты МВКЛА тормозится в атмосфере от первой космической до дозву­ ковой скорости, при этом происходит интенсивный нагрев конст­ рукции до нескольких тысяч градусов, следовательно, требуется мощная и тяжелая тепловая защита (катастрофа шатла «Колум­ бия» произошла из-за разрушения теплоизоляции крыла).

Осуществление таких проектов многоразовых космических систем, как «Спейс шатл» и «Энергия - Буран», потребовало ог­ ромных первоначальных материальных затрат и не оправдало ожиданий значительного снижения стоимости и повышения безо­ пасности полетов. Очевидно, что парашютный способ спасения отдельных компонентов многоразовой космической системы (раз­ гонные блоки) достаточно сложен и не обеспечивает возвращения спасаемых компонентов непосредственно на стартовую площадку, а это значит, что для подготовки к повторному полету требуются значительные затраты средств и времени. Поэтому их эксплуата­ ция была прекращена. Однако разработка, испытания и опыт экс­ плуатации многоразовых космических систем первого поколения открыли путь для поиска новых, более экономичных систем.

Использование крылатого дозвукового или гиперзвукового ЛА в качестве разгонной ступени МВКЛА может быть серьезной

При ©к > 0 и VK = Кк2 (Ук2~ вторая космическая скорость, КЛА выйдет из сферы притяжения Земли и станет искусственным спут­ ником Солнца (параболическая траектория). При VK > V& КЛА выйдет из сферы притяжения Солнца и уйдет за пределы нашей Солнечной системы.

Полет по круговой орбите ИСЗ. На круговой орбите ИСЗ (см. рис. 2.74) сила гравитации F^ = J{G) равна центробежной силе F\jp:

где Wi - угловая скорость вращения ИСЗ, с-1; VKl =J{H) - первая космическая скорость.

При Н = 300 км => VKi = 1,Ъ1 км/с; при Н = 100 км => VK\ = = 7,85 км/с.

Полет по круговой геостационарной орбите. Геостационар­ ной называется круговая орбита ИСЗ, обеспечивающая постоянное нахождение ИСЗ над одной и той же точкой Земли.

Для пребывания на геостационарной орбите необходимо, что­ бы КЛА вращался в плоскости экватора, проходящей через центр Земли в направлении ее вращения. Центробежная сила F ^ дейст­ вующая на КЛА, должна уравновешивать гравитационную силу FtравУгловые скорости вращения Земли и>з и КЛА W KJ IA д о л ж н ы быть равны. Таким образом, для ИСЗ, движущегося по геостацио­ нарной орбите в плоскости экватора Земли,