[go: up one dir, main page]

WO2013039426A1 - Gliding spacecraft with folding nose fairing (variants) and method for controlling the return thereof to the landing field - Google Patents

Gliding spacecraft with folding nose fairing (variants) and method for controlling the return thereof to the landing field Download PDF

Info

Publication number
WO2013039426A1
WO2013039426A1 PCT/RU2012/000692 RU2012000692W WO2013039426A1 WO 2013039426 A1 WO2013039426 A1 WO 2013039426A1 RU 2012000692 W RU2012000692 W RU 2012000692W WO 2013039426 A1 WO2013039426 A1 WO 2013039426A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
spacecraft
wing
spaceplane
space
landing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2012/000692
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич РЯБУХА
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2013039426A1 publication Critical patent/WO2013039426A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/52Protection, safety or emergency devices; Survival aids
    • B64G1/58Thermal protection, e.g. heat shields
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/002Launch systems
    • B64G1/006Reusable launch rockets or boosters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/14Space shuttles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/62Systems for re-entry into the earth's atmosphere; Retarding or landing devices

Definitions

  • the invention relates to the field of rocket and space technology: reusable space transport vehicles and launch vehicles, and is aimed at improving the layout of such devices, as well as the way to control the return of reusable modules to the airport.
  • the core of the launch vehicle configuration is a block of fuel tanks (in the most complete configuration for oxygen, methane and hydrogen) combined in tandem.
  • Four reusable winged modules with a pair of marching liquid rocket engines (LRE) on each are attached to the lower part of this block of tanks in a batch scheme, and the payload that is launched into space is placed on top of the block of tanks, in particular, it can be multiple Calling winged orbital ship - spaceplane.
  • LRE liquid rocket engines
  • each winged propulsion module there is a hinge mechanism that is designed to move the twin rocket engines from a predetermined working position from under the bottom of the tank block to a predetermined transport position in the cargo compartment in the middle of the wing module housing.
  • the initial layout of the winged propulsion module is a configuration with the fixed location of the main propellant rocket engines in the rear of the module housing.
  • Each of the four winged reusable propulsion modules is equipped with the necessary set of elements for ensuring the planning flight to the landing aerodrome: aerodynamic organs control, appropriate instrumentation and landing gear.
  • At least two of the four returned engine modules have means to ensure orbital maneuvering — an orbital maneuvering engine (DOM) and a reactive orientation control system (DCS).
  • DOM orbital maneuvering engine
  • DCS reactive orientation control system
  • space modules due to the presence of special thermal protection, are overweight for the aviation speed range and therefore it is inefficient to use the same winged propulsion modules as forming a marching propulsion system of both the first and second stages.
  • the elements of the propulsion modules that are significantly protruding beyond the mid-section of the central block of tanks increase the aerodynamic drag of the carrier at the stage of its flight in dense layers of the atmosphere.
  • additional rocket fuel is required, while the payload is reduced.
  • rocket carriers of various capacities for example, of six or more modules
  • stationary protruding roofs Leahs pose a serious obstacle to the integration of such modules around the central block of fuel tanks.
  • RSC Energia named after S.P. Koroleva ” (RU 2083448 dated 10.07.1997, IPC B 64 G 1/62, RU 2220077 12/27/2003, IPC B 64 G 1/12 and RU 2334656 09/27/2008, IPC B 64 G 1 / 14) reflects the evolution over the past decade and a half of the ideas of the developers of that corporation regarding the appearance of a reusable manned transport spacecraft - from a capsule with a supporting hull to a spaceplane with an original bow, which became known as the Clipper (www.buran.ru).
  • patent RU 2220077 a spacecraft layout was proposed in which the crew created We have the possibility of direct visual control of the processes of rimpedement and docking. But for this version of the spacecraft, the supporting body and the parachute landing system were chosen. In the transition to the winged layout of the spacecraft, preference was given to the convenience and reliability of landing on the airfield due to the fact that instrumental information support was left for docking operations in space.
  • the convex spherical side of the segment is a heat shield at the descent stage, and locks are placed on the opposite flat surface of this element, which fix the payload module (or an accelerating block with a payload) at the output stage.
  • the booster block the bow is made of four rotary heat-shielding petal flaps, which in the open position allow compact conjugation of this block with the payload, and form a hemispherical at the descent stage in the closed position head fairing covering payload locks.
  • a common drawback of most of the known configurations of winged spacecraft is the vast bottom region in the area of the rear of the hull.
  • the most significant negative effect of this area on the flight performance of space plans is manifested in the subsonic speed range, and such an effect on the landing mode is especially critical.
  • these modules are transferred using the orbital maneuvering system to the trajectory of the orbital flight, and then at a given distance from the aerodrome of the cosmodrome they give an impulse to exit from orbit.
  • the planning descent in the atmosphere, the pre-landing maneuvering and the landing approach for each of these two propulsion modules were planned to be carried out in the same way as it was done on the Space Shuttle.
  • all four propulsion modules must complete the flight with a non-motor landing at the aerodrome.
  • the objective of the invention is to provide a space plan of a transformable layout with a compact launch configuration and the possibility of aerodynamically improved interfacing with other modules of the rocket system while maintaining good aerodynamic characteristics, stability and controllability of the space plane in hypersonic flight configuration and landing modes.
  • the technical result consists in increasing the maximum aerodynamic quality of the spaceplane in the landing configuration, shifting the mating boundaries of the head fairing flaps to lower temperatures, reducing the aerodynamic resistance of the aft part of the spacecraft’s hull, reducing the number of movable steering surfaces in the basic configuration, and, as a result , reducing the weight of the spaceplane.
  • Space planes in the MDIS version improve the capabilities of modular construction of a space rocket system by varying the number of marching rocket engines at the second stage of the launch vehicle.
  • the planning spacecraft (space plane) with a wing head fairing contains a heat-bearing supporting body, rotary wing consoles, the axis of articulation of which with the body are approximately parallel to its longitudinal axis, aerodynamic and jet rudders, boron equipment for providing control of the orbital flight, launching and landing of the spaceplane at the aerodrome, retractable landing gear (landing gear), detachable units of power, pneumohydraulic, electrical and information interfaces with mating parts on the rocket fuel tank unit, as well as the marching power module rocket launchers, oriented forward relative to the housing, one or two nozzles located in its nose, containing one lower and at least two upper heat-shielding movable flaps g a space fairing compactly superimposed on the middle part of the spacecraft so as to enable the regular operation of the marching propulsion system, and they can be advanced and rotated forward with the formation of the configuration of the head fairing around the nozzles of
  • the flaps are pairwise tightly connected to each other and to the edge of the middle part of the spacecraft hull by locking devices, creating the necessary conditions for the functioning of the thermal seal along the edges of these a cooler, and the lower wing of the nose fairing contains a heat-resistant nose cock made as an element of a single heat-shielding construction; moreover, the aft part of the spaceplane body is made narrowing in the plane of symmetry and smoothly interfaced with the elevator contours with the smallest permissible losses in aerodynamic quality, In this case, the counter-coupling of the aft parts of the spaceplane and the block of rocket fuel tanks of the second stage of the carrier rocket is made according to the tandem scheme, with detachable conjugation nodes located predominantly tween the top and on the sides of the tapered aft compartment space plane.
  • the technical result is also achieved by the fact that at the planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing on the upper surface of the wing consoles there are interceptors.
  • the technical result is also achieved by the fact that the planning spacecraft (spaceplane) with a wing head on the wing consoles have elevons.
  • the planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing comprises a heat-bearing supporting body, rotary wing consoles, rotating relative to the axes approximately parallel part of the longitudinal axis of the spacecraft’s hull, aerodynamic rudders, jet engines and instrumentation to control the orbital flight, the launch and landing of the spaceplane at the aerodrome, a retractable landing gear (landing gear), an inhabited cargo-passenger compartment with the workplace of the cosmonaut nose, which mates with a detachable conformal orbital compartment through an airtight hatch, detachable nodes of power, electric, pneumohydraulic and information interfaces, which are located mainly on the upper part of the spacecraft’s hull, a docking unit installed in the bow of the spacecraft’s hull, tightly closed by movable heat-shielding flaps of the head fairing at the sites of launch, descent and landing, with the possibility of their opening on the orbital section
  • the technical result is also achieved by the fact that the planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing contains interceptors on the upper surface of the wing consoles.
  • the technical result is also achieved by the fact that at the planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing, elevons are located on the wing consoles.
  • the technical result is achieved by the fact that when controlling the return from the orbit of the space plane, including performing orbital operations of orientation, descent from the orbit and stabilization, which ensure that the space plane enters the planet’s atmosphere with specified parameters, and that corrective actions are applied to the space plane using aerodynamic and gasdynamic rudders in accordance with the law governing the descent and landing on the runway of the aerodrome, control actions using the aerodrome dynamical forces produced in the channel due to the combined yaw deflection wing panels and the elevator in the roll channel by asymmetrical deflection wing panels, and as an additional means of control actions in the channel airspeed use a synchronous lifting or lowering of the wing panels
  • FIG. 1 The layout of the second stage of the launch vehicle with one single-engine
  • FIG. 2 Starting configuration of a single-engine MPM.
  • FIG. 3 A variant of the hinge mechanism for moving the lower shutter of the MDFM fairing.
  • FIG. 4 Intermediate configuration of the MDPM with closed head fairing flaps and with folded wing consoles.
  • FIG. 5 MISM in the configuration of descent in the atmosphere.
  • FIG. 6 MDPM in landing configuration - wing consoles are lowered and the landing gear is released.
  • FIG. 7 The manned spacecraft in the launch configuration as part of the MTKS head part put into orbit.
  • FIG. 8 The orbital configuration of a partially reusable transport spacecraft.
  • FIG. 9 The manned spacecraft in the configuration of descent in the atmosphere at hypersonic speed.
  • FIG. 10 Typical application pattern for MPPM.
  • This application for an invention defines the layout of two spacecraft variants:
  • MDM propulsion and instrument module
  • a common thing in solving the problem of the invention for the two selected options of space planes is that they can have the same aerodynamic shape in configurations for the stages of descent and landing.
  • FIG. 1 shows in isometric projection the second stage of the MTKS with a single-engine MPMM in the starting configuration with an open nozzle 2 of a marching rocket launcher.
  • the aft part of the MPPM hull 1 is connected in tandem with the aft part of the tank block 3 of the second stage by means of power coupling elements 6 , 7 and associated locks.
  • a space head part 4 is attached to the other end of the tank unit 3.
  • a part of the MISM body with folded wing consoles and the head fairing flaps displaced to the extreme open position is closed by the aft fairing 5 of the second stage.
  • the aft fairing provides not only acceptable aerodynamic characteristics of the aft second stage taking into account the creation of favorable conditions for the functioning of the nozzle 2 of the main missile launcher, but also shields the MISP from the influence of other unfavorable gas-dynamic factors on it during the removal stage.
  • FIG. 2 shows in more detail an isometric view of the MISP startup configuration.
  • the hinged wings of the wings 10 are folded over the tapering stern of the hull 1 by the “hut”.
  • upper heat-proof flaps 8 of the head fairing To improve the compactness of the initial MISP configuration, the trailing edges of the flaps 8, as well as the lower flap 9, are made curly, with protrusions in the middle and cutouts at the edges.
  • the middle protrusions at these edges should be reciprocal fragments to close the niches on the MDPM body in the area where the LPRE nozzle begins.
  • the bow parts of the trunks in the open position are lowered into these niches. Cropped edges on the trailing edges allow the sash to be closer to the body in the open position.
  • FIG. 1 shows in more detail an isometric view of the MISP startup configuration.
  • FIG. 3 shows one of the simplest possible schemes of the hinge mechanism 18 for moving the lower wing 8 of the head fairing.
  • the dotted line indicates the position of structural elements in the closed position, and the solid line in the open position.
  • the above diagram illustrates one of the key ideas of the solution to ensure the compactness of the MISM starting configuration, namely, the use of the characteristic narrowing of the rocket engine contours in the area of the nozzle throat to shift the relatively bulky nose of the lower heat-shielding shutter into the resulting "heat-sink” - heat-resistant cocoa 34.
  • B A MISP arrangement with two nozzles provides better conditions for “immersion” of nasal coca between them than in the case of a single nozzle.
  • FIG. 4 shows the intermediate configuration of the MDM, when the heat-shielding flaps 8, 9 are moved forward and secured by pull-up locks 16 in the form of a head fairing covering the nozzle.
  • the interface between the lower flap and the upper flaps was determined taking into account the conditions of rational integration into the design of heat-resistant coca 34, made as an element of a single heat-shielding structure as a part of the lower flap of the head fairing of the spaceplane, as well as obtaining a compact MISP launch configuration.
  • the boundary pairing of the valves is located on the upper surface of the spaceplane.
  • Thermal protection at the borders of the fairing flaps may be liver based on technical solutions used in the construction of aerospace equipment of the first generation, for example, in the design of the flaps of the niches of the Burana landing gear.
  • the tightening locks 16 are placed not only in those indicated in FIG. 4 points, but also in other places around the perimeter of the wings.
  • the central unit for interfacing the MPM with the power element 6 is indicated, through which the main part of the thrust of the main rocket launcher is transmitted to the block of tanks 3.
  • Elevons 21 can be added to the set of MDPM aerodynamic controls (consisting of a rudder 11 and rotary wing consoles 10), as a means of longitudinal-transverse control, and also (with synchronous multidirectional deviation with the elevator) performing the functions of an air brake.
  • the aft part of the spacecraft’s hull is made tapering in the direction of the elevator, and has a shape determined by the conditions for minimizing its contribution to the aerodynamic drag of the aircraft in the subsonic range of flight speeds.
  • FIG. Figure 5 shows the MDM in the “side to top” view from the rear hemisphere in the configuration of hypersonic flight.
  • the wing consoles 10 are rotated to the operating position at an angle corresponding to the self-balancing mode (approximately 45 ° 50 ° upwards relative to the horizontal construction of the body).
  • this figure shows the preferred locations of the following units: nozzles of the orbital maneuvering engine 23, explosive connectors 22 of the fuel lines, as well as the container 24 of the landing brake parachute.
  • the interceptor / 7 is shown on the upper surface of the wing console. Elevons 21 and / or interceptors 17 can be included in the aerodynamic control bodies of the space plan if, for any reason, the control efficiency in the basic configuration by rotary consoles of the wing 10 and the elevator 11 will be insufficient.
  • FIG. 6 A typical view of the MPDM landing configuration is shown in FIG. 6.
  • the landing gear 25, 26 are released, the wing consoles 10 are lowered almost to the horizontal level. This configuration is focused on getting close to the maximum possible the essential properties of the layout and acceptable characteristics of the track stability of the device.
  • FIG. 7 The layout of the transport spacecraft with a manned spaceplane inscribed in the contours of a typical shape of the space head part 4 in the launch configuration is shown in FIG. 7.
  • Movable flaps 8, 9 of the head fairing close the docking unit 39, located in the bow of the spacecraft 1 and oriented along the longitudinal axis of inertia of the entire assembly.
  • the middle part of the space plan’s hull is occupied by the inhabited compartment 35, in which the workplace of the crew commander 36 is arranged in accordance with the aviation canons. This refers to the orientation of the pilot's posture in the seat 37 and the location of the information-control field - the dashboard 57, glazing 52, as well as the controls (not shown).
  • the power elements 53 on the aft end of the module 41 are used for its detachable connection with the block of tanks 3.
  • an RSU 43 engine block can be installed, designed primarily for control orientation of the spacecraft at the stage of orbital flight.
  • Missile units 48, attached by locks 49 to the spacecraft’s hull 1, are used as a propulsion device in the emergency rescue system (CAC) and as an orbital maneuvering engine (HOA).
  • CAC emergency rescue system
  • HOA orbital maneuvering engine
  • the second use case is focused on the separate inclusion of one or several blocks 48, when for the orbital maneuver of the spacecraft it is required to give it a sufficiently large momentum.
  • the nozzles 56 of blocks 48 after entering into orbit, are rearranged so that the direction of action of the thrust passes through the center of inertia of the spacecraft.
  • FIG. Figure 8 shows the basic configuration of a transport spacecraft for the orbital flight phase. Flaps 8 and 9 of the head fairing are open and allotted by an articulated mechanism to the sides of the housing. Pilot 36 can visually control part of the space in the front hemisphere through the viewing sector between the open upper leaves 8 and visually control the approach to the cooperating object during the docking operation in orbit.
  • the cover 46 of the access hatch 40 between the inhabited compartments of the spaceplane and the conformal orbital compartment is open.
  • mainly sophisticated equipment electronic components, electromechanical systems, etc.
  • it is mainly containers with reserves of liquid and gaseous working bodies.
  • the configuration of the manned spacecraft at the launching stage is similar in state to the main aerodynamic elements of the MISM configuration in FIG. 5.
  • a comparison of the passenger positions in FIG. 7 and FIG. 9 allows one to illustrate the effect of applying the self-orientation of lodgements.
  • Self-orienting elements 38 provide the orientation of the bodies of passengers in a position that minimizes the negative impact of overload on them. In fact, the orientation with respect to the overload vector of the “chest - back” direction for the passengers of the space plan at the stages of launch and descent is approximately the same as, for example, for the cosmonauts of the Soyuz at the corresponding stages of flight.
  • the sequence of basic operations for using the MISP typical of one of the two options for layout of space planes with a wing head fairing, is shown schematically in FIG. 10.
  • the key differences in this sequence from the closest analogue in the method of application consist in operations to move the head fairing flaps, as well as in the features of the variants of formation laws control actions at the landing mode using the layout options of the wing consoles in combination with the deviation of the elevator.
  • the MPLM flight program as part of the MTKS according to the claimed invention should include the following sequence of operations:
  • FIG. 10 shows a carrier rocket in a three-block configuration, consisting of two reusable modules of the first stage 27 and the second stage in the configuration of FIG. 1 with one MDM.
  • the MPMM and the payload module are removed from the tank block 3.
  • the MPMM from the starting configuration (Fig. 2) is converted into a descent configuration in the atmosphere (Fig. 5).
  • the payload module 4 which can be either a disposable spacecraft or KMTKK, is brought into a given reference orbit according to the standard procedure. MDMs using DCS (pos. 13, 14) are oriented in space as needed, then at the appropriate moment they turn on the HOUSE (pos. 23) for a specified time in order to continue the flight along the orbital path 30.
  • the MPPM orbit will be removed from the orbit, reapplying DCS (pos. 13, 14) and HOUSE (pos. 23).
  • the MDPM flight path is controlled by aerodynamic surfaces on the hypersonic descent section by asymmetric rotation of the wing consoles 10 relative to a given balancing angle of their layout.
  • a rudder of height 11 which at large angles of attack acts as a balancing shield.
  • Aerodynamic control over section 32 of the spacecraft flight path at moderate supersonic and subsonic speeds is carried out: in the pitch channel — due to the elevator deflection (pos. 11); in the roll channel - due to asymmetric rotation of the wing consoles (pos. 10); in the track channel - due to the coordinated deviation of the elevator (pos. 11) and asymmetric rotation of the wing consoles (pos. 10); in the speed channel - due to the deviation of the elevator (pos. 11) and / or the symmetrical raising and lowering of the wing consoles (pos. 10).
  • the angle of the transverse V of the wing consoles 10 is reduced to a minimum predetermined value (to about -5 °).
  • the runway landing control on the runway (pos. 33), as well as run control, is carried out in accordance with well-known aviation procedures.
  • Flaps of the head fairing 8, 9 are required to be opened only when the use of the docking unit 39 is necessary.
  • the inhabited spacecraft compartment closed by hatch 40 can be used as a lock chamber when an astronaut enters outer space through the hatch of docking unit 39.
  • the design of the lower cusp of the head fairing is formed so that its interface with the upper cusps is located on the upper surface of the space plane, where the temperature fields are much smaller (up to several hundred degrees Celsius) compared with comparable areas on the lower surface. This improves the conditions in which the thermal insulation of the joints functions, and, ultimately, improves the reliability of thermal protection.
  • the number of aerodynamic controls in the basic configuration of spaceplanes has been reduced to a minimum of two rotary wing consoles and elevator, and the working range of angles of rotation of the wing consoles has been significantly expanded.
  • the compact configuration of the MPDM launch vehicle creates the conditions for the use in the second stage of the launch vehicle of dense placement of sets of two variants of MPDM layouts, and the total number of LREs in the kit can be from 1 to 8-10.
  • the docking unit In the KMTKK layout, the docking unit is located in the bow of the space plan’s hull; therefore, its working area is in the direct visual field of view from the regular workplace of the pilot.
  • the hinged mechanism for opening the upper flaps is designed so that the flaps, when opened, move to a position on the sides of the hull and do not overlap the pilot viewing sector in the front hemisphere.
  • KMTKK passengers at the stages of launching into space and returning to Earth are placed on self-orienting lodgements in the inhabited compartment in the “lying on their back” position, and the lodgements are set so that the head – pelvis direction is perpendicular to the plane of symmetry of the spaceplane.
  • the most significant overloads will affect passengers along the “chest - back” line, which corresponds to an approximate optimal body orientation for tolerance of significant overloads.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Critical Care (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
  • Toys (AREA)

Abstract

The inventions relate to partially reusable launch and space transportation vehicles, and are intended to improve the configuration of such craft, as well as to a method for controlling the return of the reusable modules thereof to the landing field. The gliding spacecraft (space plane) comprises a thermally-protected lifting body faired with an elevator, wing panels which can be extended in the transverse plane, gas dynamic members for controlling the orientation and flight path of the space plane, instrumentation for providing controlled descent and landing, as well as aircraft landing gear. The nose fairing of the body is made up of movable thermally-protected panels, namely a bottom panel with a heat-resistant nose cone and (nominally) two top panels. If a reusable propulsion and instrumentation module of a second stage launch vehicle is converted into a space plane, then the panels cover the nozzle (or two nozzles) of the main rocket assembly in the reentry configuration. If the space plane is a reusable module from a space transportation vehicle, then the nose fairing panels cover the docking assembly in the insertion and reentry stages. When a reusable propulsion and instrumentation module is in the launch configuration, the wing panels are tented over the upper part of the body of the space plane, and the displaced top panels of the nose fairing lie compactly on them. The bottom panel of the fairing is also displaced and lies compactly against the underside of the middle part of the body of the space plane. The main technical results of the inventions are an increase in the aerodynamic properties of the two chosen types of space plane in the aircraft portion of flight, and the possibility of creating a series of second stage launch vehicle designs based on standardized reusable propulsion and instrumentation modules, in which the total power of the main rocket assembly can vary greatly.

Description

ПЛАНИРУЮЩИЙ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ СО СТВОРЧАТЫМ ГОЛОВ- НЫМ ОБТЕКАТЕЛЕМ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЕГО ВОЗВРА- PLANNING SPACE VEHICLE WITH HINGED HEAD CIRCULATOR (OPTIONS) AND METHOD OF CONTROL ITS RETURN-

ЩЕНИЕМ НА АЭРОДРОМ Изобретения относятся к области ракетно-космической техники: космическим транспортным кораблям многократного применения и ракетоносителям, и направлены на совершенствование компоновок таких аппаратов, а также способа управления возвраще- нием на аэродром их многоразовых модулей. COMMUNICATION AT THE AERODROME The invention relates to the field of rocket and space technology: reusable space transport vehicles and launch vehicles, and is aimed at improving the layout of such devices, as well as the way to control the return of reusable modules to the airport.

Известен патент US 3702688 от 14.1 1.1972 (МПК В 64с 37/02) «SPACE SHUTTLE VEHICLE AND SYSTEM », в котором описана аэродинамическая компоновка двухступен- чатой многоразовой транспортной космической системе (МТКС). На первой (атмосфер- ной) и на второй (космической) многоразовых ступенях планировалось установить фикси- рованные крылья. Хвостовое оперение и маршевые ракетные установки располагались в кормовой части корпусов. Эти ступени также оснащались шасси и другим необходимым для посадки на аэродром оборудованием. Одно из основных отличительных свойств кон- струкции второй ступени заключалось в применении пассивной теплозащиты из лёгких теплозащитных материалов, выдерживающих аэродинамический нагрев носовой части корпуса и передних кромок крыла до температур порядка 1600° С. В средней части корпу- са второй ступени располагался грузовой отсек для полезной нагрузки, а в носовой - ка- бина экипажа.  The patent US 3702688 from 14.1.1.1972 (IPC B 64c 37/02) “SPACE SHUTTLE VEHICLE AND SYSTEM”, which describes the aerodynamic layout of a two-stage reusable transport space system (MTKS), is known. On the first (atmospheric) and second (space) reusable steps, it was planned to establish fixed wings. The tail and marching rocket launchers were located in the aft of the hulls. These steps were also equipped with a landing gear and other necessary equipment for landing on the airfield. One of the main distinguishing features of the construction of the second stage was the use of passive heat protection from light heat-insulating materials that can withstand aerodynamic heating of the nose of the body and the leading edges of the wing to temperatures of about 1600 ° C. In the middle part of the body of the second stage there was a cargo compartment for useful load, and in the bow - the crew’s cabin.

Решение совместить в единой конструкции второй (космической) ступени обеспе- чение функций: транспортного космического корабля для экипажа, грузового контейнера для доставки на орбиту и возвращения с орбиты полезной нагрузки, средства возвращения многоразовой маршевой ракетной установки оказывается неэффективным, когда отсутст- вует необходимость возвращать на Землю грузы, сопоставимые по весу с доставляемыми на орбиту. Осуществление такого решения привело к созданию конструкции, собственный вес которой примерно вдвое превосходил максимальный вес доставляемой на орбиту по- лезной нагрузки. Выигрыш от многоразовости применения второй ступени не перекрыл проигрыша от примерно трёхкратного понижения транспортной эффективности ракеты- носителя в целом.  The decision to combine in a single design of the second (space) stage the provision of functions: a transport spacecraft for the crew, a cargo container for delivery into orbit and return from orbit of the payload, the means of returning a reusable marching rocket launcher is ineffective when there is no need to return to Earth loads comparable in weight to those delivered into orbit. The implementation of such a solution led to the creation of a structure whose own weight was approximately twice the maximum weight of the useful load delivered into orbit. The gain from the reusability of the second stage did not block the loss from about a three-fold decrease in the transport efficiency of the launch vehicle as a whole.

В космической системе «Энергия-Буран» (www.buran.ru), которая была создана позже «Space Shuttle», маршевые двигатели второй ступени были размещены уже не на многоразовом орбитальном корабле «Буран», а на центральном блоке ракеты «Энергия», что обеспечило большую универсальность ракетной системы. Однако, маршевая ракетная силовая установка второй ступени не спасалась. In the Energy-Buran space system (www.buran.ru), which was later created by Space Shuttle, the second stage marching engines were no longer placed on the Buran reusable orbiter, but on the central block of the Energy rocket, which provided greater versatility of the missile system. However, the marching rocket propulsion system of the second stage was not saved.

В патенте US 5143327 от 01.09.1992, МПК В 64 G 1/40, ядром компоновки ракето- носителя является блок из топливных баков (в наиболее полной конфигурации - для ки- слорода, метана и водорода), объединённых тандемно. К нижней части этого блока баков по пакетной схеме присоединены четыре многоразовых крылатых модуля с парой марше- вых жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) на каждом, а сверху на блоке баков разме- щается выводимая в космос полезная нагрузка, в частности, таковой может быть многора- зовый крылатый орбитальный корабль - космоплан. В кормовой части каждого крылатого двигательного модуля расположен шарнирный механизм, который предназначен для пе- ремещения спаренных ЖРД из заданного рабочего положения из-под днища блока баков в заданное транспортное положение в грузовом отсеке в средней части корпуса крылатого модуля. (Однако исходной компоновкой крылатого двигательного модуля является кон- фигурация с неизменным расположением маршевых ЖРД в кормовой части корпуса мо- дуля.) Каждый из четырёх крылатых многоразовых двигательных модулей оснащён необ- ходимым набором элементов для обеспечения планирующего полёта к аэродрому посад- ки: органами аэродинамического управления, соответствующим приборным оборудовани- ем и посадочным устройством. По крайней мере, у двух из четырёх возвращаемых двига- тельных модулей имеются средства обеспечения орбитального маневрирования - двига- тель орбитального маневрирования (ДОМ) и реактивная система управления (РСУ) ори- ентацией.  In US Pat. No. 5,143,327 of September 1, 1992, IPC B 64 G 1/40, the core of the launch vehicle configuration is a block of fuel tanks (in the most complete configuration for oxygen, methane and hydrogen) combined in tandem. Four reusable winged modules with a pair of marching liquid rocket engines (LRE) on each are attached to the lower part of this block of tanks in a batch scheme, and the payload that is launched into space is placed on top of the block of tanks, in particular, it can be multiple Calling winged orbital ship - spaceplane. In the aft part of each winged propulsion module, there is a hinge mechanism that is designed to move the twin rocket engines from a predetermined working position from under the bottom of the tank block to a predetermined transport position in the cargo compartment in the middle of the wing module housing. (However, the initial layout of the winged propulsion module is a configuration with the fixed location of the main propellant rocket engines in the rear of the module housing.) Each of the four winged reusable propulsion modules is equipped with the necessary set of elements for ensuring the planning flight to the landing aerodrome: aerodynamic organs control, appropriate instrumentation and landing gear. At least two of the four returned engine modules have means to ensure orbital maneuvering — an orbital maneuvering engine (DOM) and a reactive orientation control system (DCS).

Недостатками патента US 5143327 является:  The disadvantages of patent US 5143327 is:

Во-первых, космические модули из-за наличия специальной теплозащиты оказы- ваются перетяжелёнными для авиационного диапазона скоростей и поэтому использовать одни и те же крылатые двигательные модули в качестве образующих маршевую силовую установку, как первой, так и второй ступени неэффективно.  Firstly, space modules, due to the presence of special thermal protection, are overweight for the aviation speed range and therefore it is inefficient to use the same winged propulsion modules as forming a marching propulsion system of both the first and second stages.

Во-вторых, существенно выступающие за миделевое сечение центрального блока баков элементы двигательных модулей увеличивают аэродинамическое сопротивление ракетоносителя на этапе его полёта в плотных слоях атмосферы. На преодоление сопро- тивления требуется израсходовать дополнительное ракетное топливо, при этом уменьша- ется вес полезной нагрузки.  Secondly, the elements of the propulsion modules that are significantly protruding beyond the mid-section of the central block of tanks increase the aerodynamic drag of the carrier at the stage of its flight in dense layers of the atmosphere. To overcome the resistance, additional rocket fuel is required, while the payload is reduced.

В-третьих, проблематично формирование ракетоносителей различной мощности, например, из шести и большего числа модулей, так как неподвижные выступающие кры- лья создают серьёзное препятствие для объединения таких модулей вокруг центрального блока топливных баков. Thirdly, the formation of rocket carriers of various capacities, for example, of six or more modules, is problematic, since stationary protruding roofs Leahs pose a serious obstacle to the integration of such modules around the central block of fuel tanks.

Проработки различных проектов МТКС с вертикальным стартом ракетоносителя и горизонтальной посадкой его многоразовых модулей (такие системы обозначаются в за- рубежной литературе аббревиатурой VTOHL - vertical take-of and horizontal landing) пока- зали предпочтительность отделения многоразовых блоков первой ступени на скорости М ~ 6 7, а не на М=3. Определено, что при разделении ступеней ракетоносителя на ско- рости до М ~ 7 потенциально возможно на характерных траекториях полёта возвращае- мых первых ступеней обойтись без применения в существенных масштабах в конструк- ции таких ступеней специальных теплозащитных материалов. У крылатых космических аппаратов, предназначенных для спуска с орбиты с начальной скоростью М~25, вес спе- циализированной плиточной теплозащиты составляет около 9% от веса собственной кон- струкции космоплана («Space Shuttle», «Буран»). Следовательно, космические модули из- за наличия специальной теплозащиты являются перетяжелёнными для авиационного диа- пазона скоростей и поэтому использовать одни и те же крылатые двигательные модули в качестве образующих маршевую силовую установку, как первой, так и второй ступени неэффективно.  The development of various MTKS projects with vertical launch of the launch vehicle and horizontal landing of its reusable modules (such systems are indicated in foreign literature by the abbreviation VTOHL - vertical take-of and horizontal landing) showed the preference for separating reusable first-stage blocks at a speed of M ~ 6 7, and not on M = 3. It was determined that when separating the stages of the carrier rocket at speeds up to M ~ 7, it is potentially possible on the characteristic flight paths of the returning first stages to dispense with the use of special heat-shielding materials on a significant scale in the design of such stages. For winged spacecraft intended for descent from orbit with an initial velocity of M ~ 25, the weight of a specialized tiled thermal protection is about 9% of the weight of its own spacecraft design (Space Shuttle, Buran). Consequently, space modules, due to the presence of special thermal protection, are overweight for the airspeed range and therefore it is ineffective to use the same winged propulsion modules as forming a marching power plant, both of the first and second stages.

В ряде патентов «РКК «Энергия» им. С. П. Королёва» (RU 2083448 от 10.07.1997, МПК В 64 G 1/62, RU 2220077 от 27.12.2003, МПК В 64 G 1/12 и RU 2334656 от 27.09.2008, МПК В 64 G 1/14) отражена эволюция за последние полтора десятилетия представлений разработчиков той корпорации на облик многоразового пилотируемого транспортного космического корабля - от капсулы с несущим корпусом до космоплана с оригинальной носовой частью, ставшего известным под названием «Клипер» (www.buran.ru).  In a number of patents, RSC Energia named after S.P. Koroleva ”(RU 2083448 dated 10.07.1997, IPC B 64 G 1/62, RU 2220077 12/27/2003, IPC B 64 G 1/12 and RU 2334656 09/27/2008, IPC B 64 G 1 / 14) reflects the evolution over the past decade and a half of the ideas of the developers of that corporation regarding the appearance of a reusable manned transport spacecraft - from a capsule with a supporting hull to a spaceplane with an original bow, which became known as the Clipper (www.buran.ru).

Аэродинамическая компоновка «Клипера» относится к типу «бесхвостка» с килями на концах крыла. В центре к кормовой части корпуса его многоразового модуля присое- динён одноразовый переходный отсек со стыковочным агрегатом. Рабочие места пилотов «Клипера» находятся в носовой части корпуса. Такое традиционное для авиации компо- новочное решение обеспечивает удобство управления космопланом на посадочном режи- ме, но не создаёт условий для непосредственного визуального контроля процесса стыков- ки в космосе. Хотя в космонавтике давно освоены инструментальные средства контроля стыковки, тем не менее, возможность непосредственного визуального контроля повысила бы надёжность осуществления этой важной орбитальной операции. В патенте RU 2220077 была предложена компоновка космического корабля, в которой для экипажа были созда- ны возможности непосредственного визуального контроля процессов сближения и сты- ковки. Но у этого варианта космического корабля был выбран несущий корпус и пара- шютная система приземления. При переходе к крылатой компоновке космического кораб- ля предпочтение было отдано удобству и надёжности выполнения посадки на аэродром за счёт того, что для операций стыковки в космосе было оставлено инструментальное ин- формационное обеспечение. The aerodynamic layout of “Clipper” refers to the type of “tailless” with keels at the ends of the wing. In the center, a disposable adapter compartment with a docking unit is connected to the aft part of the body of its reusable module. Jobs pilots "Clipper" are in the bow. Such a layout solution, traditional for aviation, provides the convenience of controlling the spaceplane at the landing mode, but does not create conditions for direct visual control of the docking process in space. Although instrumental means of dock control have long been mastered in astronautics, nevertheless, the possibility of direct visual control would increase the reliability of this important orbital operation. In patent RU 2220077, a spacecraft layout was proposed in which the crew created We have the possibility of direct visual control of the processes of rapprochement and docking. But for this version of the spacecraft, the supporting body and the parachute landing system were chosen. In the transition to the winged layout of the spacecraft, preference was given to the convenience and reliability of landing on the airfield due to the fact that instrumental information support was left for docking operations in space.

Известен также патент US 6193187 от 27.02.2001, МПК В 64 G 1/14, в котором представлены технические решения, относящиеся к компоновкам многоразовой второй ступени и многоразового разгонного блока (по существу, третьей ступени). Эти аппараты имеют раскладываемые крылья, которые компактно прижимают к корпусу на этапе выве- дения и фиксируют в разложенном рабочем положении (на заданном угле относительно строительной горизонтали) на этапе спуска. Консоли крыла имеют элевоны и вертикаль- ные законцовки (кили) с аэродинамическими рулями. Носовая часть второй ступени вы- полнена трансформируемой, имеющей вращающийся сегмент в центре. Угол поворота этого подвижного сегмента относительно вертикальной оси составляет 180°. Выпуклая сферическая сторона сегмента является теплозащитным экраном на этапе спуска, а на противоположной плоской поверхности этого элемента размещены замки, которые на этапе выведения фиксируют модуль полезной нагрузки (или разгонный блок с полезной нагрузкой). У другого космического летательного аппарата из рассматриваемого патента - разгонного блока - носовая часть выполнена из четырёх поворотных теплозащитных створок-лепестков, которые в открытом положении позволяют произвести компактное со- пряжение этого блока с полезной нагрузкой, а на этапе спуска в закрытом положении об- разуют полусферический головной обтекатель, закрывающий замки крепления полезной нагрузки.  Also known patent US 6193187 from 02.27.2001, IPC B 64 G 1/14, which presents technical solutions related to the layout of the reusable second stage and reusable booster block (essentially the third stage). These devices have folding wings, which are compactly pressed to the body during the withdrawal stage and are fixed in the unfolded working position (at a given angle relative to the construction horizontal) during the descent stage. The wing consoles have elevons and vertical wingtips (keels) with aerodynamic rudders. The nose of the second stage is made transformable, having a rotating segment in the center. The rotation angle of this movable segment relative to the vertical axis is 180 °. The convex spherical side of the segment is a heat shield at the descent stage, and locks are placed on the opposite flat surface of this element, which fix the payload module (or an accelerating block with a payload) at the output stage. In another spacecraft from the patent in question - the booster block - the bow is made of four rotary heat-shielding petal flaps, which in the open position allow compact conjugation of this block with the payload, and form a hemispherical at the descent stage in the closed position head fairing covering payload locks.

Недостатками двух технических решений патента US 6193187 по разделению носо- вых частей возвращаемых космических аппаратов на сегменты является неудачное поло- жение границ разделов между этими сегментами, находящихся частично проходящих на нижней поверхности через область максимальных температур. Это делает теплозащиту в таких местах весьма уязвимой, поскольку не удаётся полностью избавиться от наличия зазоров между створками. Необходимы специальные меры для блокирования проникно- вения раскалённого газа внутрь конструкции космоплана через границы разделов межу сегментами обтекателя. Напомним, что у всех известных летавших крылатых космических аппаратов носовые коки были выполнены как цельная деталь, выдерживающая рабочий нагрев до температуры примерно 1600° С. Консоли крыла имеют только два положения и не могут быть использованы при управлении, которое осуществляют с помощью пяти аэ- родинамических поверхностей. The disadvantages of the two technical solutions of US Pat. No. 6,193,187 on dividing the nose of the spacecraft returned into segments are the unsuccessful positioning of the boundaries between these segments, partially passing on the lower surface through the maximum temperature range. This makes thermal protection in such places very vulnerable, since it is not possible to completely get rid of the presence of gaps between the wings. Special measures are needed to block the penetration of hot gas into the spacecraft structure through the interfaces between the fairing segments. Recall that for all known flying winged spacecraft, nasal coca was made as a single piece, withstanding working heat to a temperature of about 1600 ° C. The wing consoles have only two positions and cannot be used in control, which is carried out using five aerodynamic surfaces.

Известны технические решения по обеспечению теплозащиты сравнительно тонких крыльев, применённые в 1982 - 1984 годах на космопланах серии «Бор-4» (масса аппарата на орбите 1074 кг, длина корпуса 3859 мм, www.buran.aO. У этих аппаратов крылья вы- полнены раскладываемыми. На участках траектории спуска с наиболее интенсивным аэ- родинамическим нагревом консоли были повёрнуты на такой угол, что направление отно- сительных векторов скорости потока вблизи передних кромок крыла ориентировано при- мерно вдоль этих кромок и поэтому исключалось возникновение на наветренной поверх - ности крыльев зон торможения. Дополнительно к основным результатам по отработке те- плозащиты «Бурана» на этих аппаратах была впервые в натурных условиях подтверждена эффективность аэродинамического управления в канале крена на гиперзвуковых скоро- стях за счёт несимметричного отклонения консолей крыла. Однако отсутствие в компо- новке этого аппарата других аэродинамических органов управления не позволяло полу- чить полноценное управление на таких режимах, как посадка.  Known technical solutions for providing thermal protection for relatively thin wings, applied in 1982 - 1984 on spaceplanes of the Bor-4 series (the mass of the device in orbit is 1074 kg, the length of the body is 3859 mm, www.buran.aO. These devices have wings In sections of the descent trajectory with the most intense aerodynamic heating, the cantilevers were rotated so that the direction of the relative flow velocity vectors near the leading edges of the wing is oriented approximately along these edges and therefore the occurrence of the surface of the wings of the braking zones In addition to the main results of testing the Buran thermal protection on these devices, the aerodynamic control in the roll channel at hypersonic speeds was confirmed for the first time under natural conditions due to asymmetric deflection of the wing consoles. the layout of this apparatus of other aerodynamic controls did not allow to obtain full control in such modes as landing.

Общим недостатком большинства известных компоновок крылатых космических аппаратов является обширная донная область в районе кормовой части корпуса. Наиболее значимо негативное влияние этой области на лётно-технические характеристики космо- планов проявляется в дозвуковом диапазоне скоростей и особенно критично такое влия- ние на посадочном режиме.  A common drawback of most of the known configurations of winged spacecraft is the vast bottom region in the area of the rear of the hull. The most significant negative effect of this area on the flight performance of space plans is manifested in the subsonic speed range, and such an effect on the landing mode is especially critical.

В патенте US 5143327 от 01.09.1992, МПК В 64 G 1/40, предложен следующий спо- соб применения описанных многоразовых двигательных модулей. При старте ракетоноси- теля включаются маршевые ракетные установки на всех четырёх модулях. На участке вы- ведения при достижении скорости М~3 производят отделение от блока баков двух диа- метрально противоположных двигательных модулей, выключают маршевые ЖРД и пере- водят их на траектории планирования к аэродрому космодрома. Маршевые ракетные ус- тановки двух оставшихся двигательных модулей разгоняют ракетную систему почти до орбитальной скорости, после чего на них также выключают ЖРД и производят отделение от блока баков. Спаренные ЖРД перемещают в багажный отсек космоплана и закрывают отсек створками. Далее эти модули с помощью системы орбитального маневрирования переводят на траекторию орбитального полёта, а потом на заданном удалении от аэродро- ма космодрома дают импульс на сход с орбиты. Планирующий спуск в атмосфере, пред- посадочное маневрирование и заход на посадку каждого из этих двух двигательных моду- лей планировалось выполнять подобно тому, как это осуществлялось на «Space Shuttle». Таким образом, все четыре двигательных модуля должны завершить полёт бездвигатель- ной посадкой на аэродроме. In US Pat. No. 5,143,327 of September 1, 1992, IPC B 64 G 1/40, the following method is proposed for using the described reusable propulsion modules. At the launch of the launch vehicle, marching rocket launchers on all four modules are switched on. At the exit site, when reaching a speed of M ~ 3, two diametrically opposed engine modules are separated from the tank block, the mid-range rocket engines are switched off and transferred to the planning path to the aerodrome of the cosmodrome. Marching rocket launchers of the two remaining propulsion modules accelerate the rocket system to near orbital speed, after which they also turn off the LRE and separate them from the tank block. The twin rocket engines are moved to the luggage compartment of the spaceplane and the compartment is closed with sashes. Then, these modules are transferred using the orbital maneuvering system to the trajectory of the orbital flight, and then at a given distance from the aerodrome of the cosmodrome they give an impulse to exit from orbit. The planning descent in the atmosphere, the pre-landing maneuvering and the landing approach for each of these two propulsion modules were planned to be carried out in the same way as it was done on the Space Shuttle. Thus, all four propulsion modules must complete the flight with a non-motor landing at the aerodrome.

Известен также способ управления возвращением с орбиты космоплана по патенту US 6193187 от 27.02.2001, МПК В 64 G 1/14, в котором перед входом в атмосферу тепло- защитные створки сдвигают и фиксируют в форме головного обтекателя, выполняют ор- битальные операции ориентации, схода с орбиты и стабилизации, обеспечивающие вход космоплана в атмосферу планеты с заданными параметрами, осуществляют корректи- рующие воздействия на космоплан с помощью аэродинамических и газодинамических ру- лей в соответствии с заданным законом управления траекторией спуска и посадки на взлётно-посадочную полосу аэродрома.  There is also a known method of controlling the return from spacecraft orbit according to patent US 6193187 dated 02.27.2001, IPC B 64 G 1/14, in which, before entering the atmosphere, heat-shielding flaps are shifted and fixed in the form of a head fairing, orbital orientation operations are performed, the descent from the orbit and stabilization, which provide the spacecraft entering the planet’s atmosphere with the given parameters, carry out corrective actions on the spaceplane using aerodynamic and gas-dynamic rudders in accordance with the given law of descent trajectory control landing on the runway airport.

Недостатком этих способов является то, что при их осуществлении задействовано не менее четырёх управляющих поверхностей и приводов для их перемещения, что со- пряжено с усложнением конструкции, увеличением веса и снижением надежности управ- ления.  The disadvantage of these methods is that at least four control surfaces and drives for their movement are involved in their implementation, which is associated with a complication of the design, an increase in weight, and a decrease in control reliability.

Задачей изобретения является создание космоплана трансформируемой компонов- ки с компактной стартовой конфигурацией и возможностью улучшенного по аэродинами- ке сопряжения с другими модулями ракетной системы при сохранении хороших аэротер- модинамических характеристик, устойчивости и управляемости космоплана в конфигура- ции гиперзвукового полёта и на посадочных режимах.  The objective of the invention is to provide a space plan of a transformable layout with a compact launch configuration and the possibility of aerodynamically improved interfacing with other modules of the rocket system while maintaining good aerodynamic characteristics, stability and controllability of the space plane in hypersonic flight configuration and landing modes.

Технический результат заключается в увеличении максимального аэродинамиче- ского качества космоплана в посадочной конфигурации, смещении границ сопряжения створок головного обтекателя в область более низких температур, уменьшении аэродина- мического сопротивления кормовой части корпуса космоплана, уменьшение в базовой конфигурации количества подвижных рулевых поверхностей, и, как следствие, уменьше- ние веса космоплана. Космопланы в варианте МДПМ улучшают возможности модульного построения ракетно-космической системы за счёт варьирования количества маршевых ЖРД на второй ступени ракеты-носителя. У космоплана в компоновке КМТКК на всех этапах полёта созданы условия для непосредственного визуального обзора сектора перед- ней полусферы при пилотировании, а также улучшены условия для переносимости пере- грузок его пассажиров.  The technical result consists in increasing the maximum aerodynamic quality of the spaceplane in the landing configuration, shifting the mating boundaries of the head fairing flaps to lower temperatures, reducing the aerodynamic resistance of the aft part of the spacecraft’s hull, reducing the number of movable steering surfaces in the basic configuration, and, as a result , reducing the weight of the spaceplane. Space planes in the MDIS version improve the capabilities of modular construction of a space rocket system by varying the number of marching rocket engines at the second stage of the launch vehicle. The space plan in the KMTKK layout at all stages of the flight created conditions for a direct visual review of the front hemisphere sector during piloting, as well as improved conditions for the portability of passenger overloads.

Технический результат достигается тем, что планирующий космический аппарат (космоплан) со створчатым головным обтекателем содержит несущий теплозащищённый корпус, поворотные консоли крыльев, оси шарнирных соединений которых с корпусом примерно параллельны его продольной оси, аэродинамические и реактивные рули, при- борное оборудование для обеспечения управления орбитальным полётом, спуском и по- садкой космоплана на аэродром, убираемое посадочное устройство (шасси), разъёмные узлы силового, пневмогидравлического, электрического и информационного сопряжения с ответными частями на блоке баков ракетного топлива, а также модуль маршевой сило- вой установки ракетоносителя, ориентированные вперёд относительно корпуса одно или два сопла, расположенных в его носовой части, содержащей одну нижнюю и не менее двух верхних теплозащитных подвижных створок головного обтекателя компактно нало- женных на среднюю часть корпуса космоплана так, чтобы обеспечить возможность штат- ного функционирования маршевой силовой установки, и имеют возможность их выдви- жения и поворота вперед с образованием конфигурации головного обтекателя вокруг со- пел маршевой силовой установки, при этом соседние створки попарно плотно соединяют- ся между собой и с кромкой средней части корпуса космоплана замковыми устройствами, создавая необходимые условия для функционирования теплового уплотнения по кромкам этих створок, а нижняя створка носового обтекателя содержит носовой жаростойкий кок, выполненный как элемент единой теплозащитной конструкции, кроме того кормовая часть корпуса космоплана выполнена сужающейся в плоскости симметрии и плавно со- пряжена с обводами руля высоты с наименьшими допустимыми потерями в аэродинами- ческом качестве, при этом встречное сопряжение кормовых частей космоплана и блока баков ракетного топлива второй ступени ракетоносителя выполнено по тандемной схеме, причём разъёмные узлы сопряжения расположены преимущественно в верхней части и по бокам сужающегося кормового отсека космоплана. The technical result is achieved by the fact that the planning spacecraft (space plane) with a wing head fairing contains a heat-bearing supporting body, rotary wing consoles, the axis of articulation of which with the body are approximately parallel to its longitudinal axis, aerodynamic and jet rudders, boron equipment for providing control of the orbital flight, launching and landing of the spaceplane at the aerodrome, retractable landing gear (landing gear), detachable units of power, pneumohydraulic, electrical and information interfaces with mating parts on the rocket fuel tank unit, as well as the marching power module rocket launchers, oriented forward relative to the housing, one or two nozzles located in its nose, containing one lower and at least two upper heat-shielding movable flaps g a space fairing compactly superimposed on the middle part of the spacecraft so as to enable the regular operation of the marching propulsion system, and they can be advanced and rotated forward with the formation of the configuration of the head fairing around the nozzles of the marching propulsion system. the flaps are pairwise tightly connected to each other and to the edge of the middle part of the spacecraft hull by locking devices, creating the necessary conditions for the functioning of the thermal seal along the edges of these a cooler, and the lower wing of the nose fairing contains a heat-resistant nose cock made as an element of a single heat-shielding construction; moreover, the aft part of the spaceplane body is made narrowing in the plane of symmetry and smoothly interfaced with the elevator contours with the smallest permissible losses in aerodynamic quality, In this case, the counter-coupling of the aft parts of the spaceplane and the block of rocket fuel tanks of the second stage of the carrier rocket is made according to the tandem scheme, with detachable conjugation nodes located predominantly tween the top and on the sides of the tapered aft compartment space plane.

Технический результат достигается также тем, что задние кромки створок головно- го обтекателя планирующего космического аппарата выполнены фигурными и в закрытом положении закрывают ниши корпуса, выполненные для расположения в них передних кромок створок в раскрытом положении.  The technical result is also achieved by the fact that the trailing edges of the flaps of the head fairing of the planning spacecraft are made curly and, in the closed position, cover the body niches designed to locate the leading edges of the flaps in the open position.

Технический результат достигается также тем, что у планирующего космического аппарата (космоплана) со створчатым головным обтекателем на верхней поверхности консолей крыла расположены интерцепторы.  The technical result is also achieved by the fact that at the planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing on the upper surface of the wing consoles there are interceptors.

Технический результат достигается также тем, что у планирующего космического аппарата (космоплана) со створчатым головным на консолях крыла расположены элево- ны.  The technical result is also achieved by the fact that the planning spacecraft (spaceplane) with a wing head on the wing consoles have elevons.

Технический результат достигается тем, что планирующий космический аппарат (космоплан) со створчатым головным обтекателем содержит несущий теплозащищённый корпус, поворотные консоли крыльев, вращающиеся относительно осей примерно парал- лельных продольной оси корпуса космоплана, аэродинамические рули, реактивные двига- тели и приборное оборудование для обеспечения управления орбитальным полётом, спус- ком и посадкой космоплана на аэродром, убираемое посадочное устройство (шасси), оби- таемый грузопассажирский отсек с рабочим местом лётчика-космонавта в носовой части, который сопрягается с отделяемым конформным орбитальным отсеком через герметич- ный люк, разъёмные узлы силового, электрического, пневмогидравлического и информа- ционного сопряжения, которые расположены преимущественно на верхней части корпуса космоплана, стыковочный агрегат, установленный в носовой части корпуса космоплана, плотно закрытый подвижными теплозащитными створками головного обтекателя на уча- стках выведения, спуска и посадки, с возможностью их раскрытия на орбитальном участ- ке полёта для обеспечения возможности непосредственного визуального контроля с рабо- чего места лётчика-космонавта заданного сектора сближения с кооперируемым объектом, носовой жаростойкий кок выполнен как элемент единой теплозащитной конструкции нижней створки головного обтекателя, а кормовая часть корпуса космоплана выполнена сужающейся в плоскости симметрии и плавно сопряжена с обводами руля высоты с наи- менылими допустимыми потерями в аэродинамическом качестве, преимущественно по бокам и на верхней части корпуса космоплана установлены узлы силового разъёмного со- пряжения по пакетной схеме с двигательными блоками орбитального маневрирования, перемещаемые сопла которых в стартовом положении обеспечивают работу системы ава- рийного спасения, а в грузопассажирской зоне обитаемого отсека космоплана расположе- ны узлы навески ложементов. The technical result is achieved by the fact that the planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing comprises a heat-bearing supporting body, rotary wing consoles, rotating relative to the axes approximately parallel part of the longitudinal axis of the spacecraft’s hull, aerodynamic rudders, jet engines and instrumentation to control the orbital flight, the launch and landing of the spaceplane at the aerodrome, a retractable landing gear (landing gear), an inhabited cargo-passenger compartment with the workplace of the cosmonaut nose, which mates with a detachable conformal orbital compartment through an airtight hatch, detachable nodes of power, electric, pneumohydraulic and information interfaces, which are located mainly on the upper part of the spacecraft’s hull, a docking unit installed in the bow of the spacecraft’s hull, tightly closed by movable heat-shielding flaps of the head fairing at the sites of launch, descent and landing, with the possibility of their opening on the orbital section of the flight to enable direct visual control from the workplace of a pilot-cosmonaut of a given approach sector with a cooperating object, the nose heat-resistant coke is made as an element of a single heat-protective design and the lower wing of the head fairing, and the aft part of the hull of the space planes is made tapering in the plane of symmetry and smoothly interfaced with the contours of the elevator with the least permissible losses in aerodynamic quality, mainly on the sides and on the upper part of the hull of the space planes are mounted nodes of detachable coupling for batch scheme with orbital maneuvering propulsion units, the movable nozzles of which in the starting position ensure the operation of the emergency rescue system, and in the cargo-passenger zone the spacecraft’s battered compartment, the nodes of the lodgement hitch are located.

Технический результат достигается также тем, что в планирующем космическом аппарате (космоплане) со створчатым головным обтекателем в грузопассажирской зоне обитаемого отсека установлены самоориентирующиеся ложементы для размещения пас- сажиров преимущественно в позе «лёжа на спине» вдоль оси вращения и лицом к ней, причём ось вращения каждого ложемента примерно перпендикулярна плоскости симмет- рии космоплана, а центр инерции ложемента вместе с пассажиром находится между осью вращения и спинкой ложемента.  The technical result is also achieved by the fact that in the planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing in the passenger-and-freight zone of the inhabited compartment, self-orienting lodgements are installed for placing passengers mainly in the "lying on the back" position along the rotation axis and facing it, and the rotation axis each lodgement is approximately perpendicular to the plane of symmetry of the spaceplane, and the center of inertia of the lodgement, together with the passenger, is between the axis of rotation and the back of the lodgement.

Технический результат достигается также тем, что планирующий космический ап- парат (космоплан) со створчатым головным обтекателем содержит на верхней поверхно- сти консолей крыла интерцепторы.  The technical result is also achieved by the fact that the planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing contains interceptors on the upper surface of the wing consoles.

Технический результат достигается также тем, что у планирующего космического аппарат (космоплана) со створчатым головным обтекателем на консолях крыла располо- жены элевоны. Кроме того, технический результат достигается тем, что при управлении возвраще- нием с орбиты космоплана, включающем выполнение орбитальных операций ориентации, схода с орбиты и стабилизации, обеспечивающих вход космоплана в атмосферу планеты с заданными параметрами, осуществление корректирующих воздействий на космоплан с помощью аэродинамических и газодинамических рулей в соответствии с принятым зако- ном управления траекторией спуска и посадки на взлётно-посадочную полосу аэродрома, управляющие воздействия с использованием аэродинамических сил производят в канале рыскания за счёт комбинированного отклонения консолей крыла и руля высоты, в канале крена путём асимметричного отклонения консолей крыла, а в качестве дополнительного средства управляющих воздействий в канале воздушной скорости используют синхрон- ный подъём или опускание консолей крыла The technical result is also achieved by the fact that at the planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing, elevons are located on the wing consoles. In addition, the technical result is achieved by the fact that when controlling the return from the orbit of the space plane, including performing orbital operations of orientation, descent from the orbit and stabilization, which ensure that the space plane enters the planet’s atmosphere with specified parameters, and that corrective actions are applied to the space plane using aerodynamic and gasdynamic rudders in accordance with the law governing the descent and landing on the runway of the aerodrome, control actions using the aerodrome dynamical forces produced in the channel due to the combined yaw deflection wing panels and the elevator in the roll channel by asymmetrical deflection wing panels, and as an additional means of control actions in the channel airspeed use a synchronous lifting or lowering of the wing panels

Основные технические решения настоящей заявки на изобретение проиллюстриро- ваны на десяти рисунках. The main technical solutions of this invention application are illustrated in ten figures.

Фиг. 1. Компоновка второй ступени ракетоносителя с одним однодвигательным FIG. 1. The layout of the second stage of the launch vehicle with one single-engine

МДПМ. MDPM.

Фиг. 2. Стартовая конфигурация однодвигательного МДПМ.  FIG. 2. Starting configuration of a single-engine MPM.

Фиг. 3. Вариант схемы шарнирного механизма для перемещения нижней створки головного обтекателя МДПМ.  FIG. 3. A variant of the hinge mechanism for moving the lower shutter of the MDFM fairing.

Фиг. 4. Промежуточная конфигурация МДПМ с закрытыми створками головного обтекателя и со сложенными консолями крыла.  FIG. 4. Intermediate configuration of the MDPM with closed head fairing flaps and with folded wing consoles.

Фиг. 5. МДПМ в конфигурации спуска в атмосфере.  FIG. 5. MISM in the configuration of descent in the atmosphere.

Фиг. 6. МДПМ в посадочной конфигурации - консоли крыла опущены и выпущено шасси.  FIG. 6. MDPM in landing configuration - wing consoles are lowered and the landing gear is released.

Фиг. 7. Пилотируемый космоплан в стартовой конфигурации в составе выводимой на орбиту головной части МТКС.  FIG. 7. The manned spacecraft in the launch configuration as part of the MTKS head part put into orbit.

Фиг. 8. Орбитальная конфигурация частично многоразового транспортного косми- ческого корабля.  FIG. 8. The orbital configuration of a partially reusable transport spacecraft.

Фиг. 9. Пилотируемый космоплан в конфигурации спуска в атмосфере на гипер- звуковой скорости.  FIG. 9. The manned spacecraft in the configuration of descent in the atmosphere at hypersonic speed.

Фиг. 10. Типовая схема применения МДПМ.  FIG. 10. Typical application pattern for MPPM.

Выбранная концепция обеспечения возвращения на Землю достигающих низких орбит многоразовых модулей ракетной системы определяет много общего в их облике и конструкции. Однако учёт специфики целевого применения таких модулей может приво- дить к отличающимся исполнениям технических решений по отдельным агрегатам даже при воплощении одного и того же принципа. The selected concept of ensuring the return to Earth of reusable low-orbit reusable modules of the rocket system defines a lot in common in their appearance and design. However, taking into account the specifics of the targeted use of such modules can lead to to lead to different versions of technical solutions for individual units even when implementing the same principle.

В настоящей заявке на изобретение определяются компоновки двух вариантов кос- мопланов:  This application for an invention defines the layout of two spacecraft variants:

- многоразового двигательно-приборного модуля (МДПМ);  - reusable propulsion and instrument module (MDM);

- крылатого модуля транспортного космического корабля (КМТК ).  - winged module of a transport spacecraft (KMTK).

В результате объединения по тандемной схеме одного или нескольких МДПМ с блоком баков ракетного топлива получается вторая ступень ракетоносителя. А в результа- те объединения по пакетной схеме КМТКК с одноразовыми модулями: конформным оби- таемым орбитальным отсеком и ракетными блоками системы аварийного спасения (САС) - двигателями орбитального маневрирования (ДОМ), - получается транспортный косми- ческий корабль.  As a result of combining in a tandem scheme one or more MDMs with a block of rocket fuel tanks, the second stage of the launch vehicle is obtained. And as a result of combining according to the KMTKK packet scheme with disposable modules: a conformable inhabited orbital compartment and rocket blocks of the emergency rescue system (CAC) - orbital maneuvering engines (DOM), we get a transport spacecraft.

Общим в решении поставленной задачи изобретения для двух выбранных вариан- тов космопланов является то, что они могут иметь одинаковую аэродинамическую форму в конфигурациях для этапов спуска и посадки.  A common thing in solving the problem of the invention for the two selected options of space planes is that they can have the same aerodynamic shape in configurations for the stages of descent and landing.

Один из основных агрегатов космоплана (ЖРД у МДПМ или стыковочный агрегат у КМТКК) располагают в носовой части корпуса так, чтобы обеспечивалась возможность штатного функционирования этого агрегата при открытых створках головного обтекателя и надёжная его теплозащита на этапах спуска и посадки при закрытых створках, когда они образуют головной обтекатель. На фиг. 1 в изометрической проекции изображена вторая ступень МТКС с однодвигательным МДПМ в стартовой конфигурации с открытым со- плом 2 маршевой ракетной установки.. Кормовая часть корпуса 1 МДПМ соединена встречно по тандемной схеме с кормовой частью блока баков 3 второй ступени посредст- вом силовых элементов сопряжения 6, 7 и соответствующих замков. К другому торцу блока баков 3 присоединена космическая головная часть 4. Часть корпуса МДПМ со сло- женными консолями крыла и смещёнными в крайнее открытое положение створками го- ловного обтекателя закрыта кормовым обтекателем 5 второй ступени. Кормовой обтека- тель обеспечивает не только приемлемые аэродинамические характеристики кормовой части второй ступени с учётом создания благоприятных условий для функционирования сопла 2 маршевой ракетной установки, но также экранирует МДПМ от воздействия на не- го других неблагоприятных газодинамических факторов на этапе выведения.  One of the main units of the spacecraft (LRE for MDLM or docking unit for KMTKK) is located in the bow of the hull so that it is possible to operate normally with open shutters of the head fairing and reliable heat protection during the descent and landing stages when the shutters are closed, when they form head fairing. In FIG. 1 shows in isometric projection the second stage of the MTKS with a single-engine MPMM in the starting configuration with an open nozzle 2 of a marching rocket launcher. The aft part of the MPPM hull 1 is connected in tandem with the aft part of the tank block 3 of the second stage by means of power coupling elements 6 , 7 and associated locks. A space head part 4 is attached to the other end of the tank unit 3. A part of the MISM body with folded wing consoles and the head fairing flaps displaced to the extreme open position is closed by the aft fairing 5 of the second stage. The aft fairing provides not only acceptable aerodynamic characteristics of the aft second stage taking into account the creation of favorable conditions for the functioning of the nozzle 2 of the main missile launcher, but also shields the MISP from the influence of other unfavorable gas-dynamic factors on it during the removal stage.

На фиг. 2 более подробно показана изометрическая проекция стартовой конфигу- рации МДПМ. Над сужающейся кормовой частью корпуса 1 «шалашиком» сложены по- воротные консоли крыльев 10. На них сверху компактно надвинуты и зафиксированы верхние теплозащитные створки 8 головного обтекателя. Для улучшения компактности стартовой конфигурации МДПМ задние кромки створок 8, также как и нижней створки 9, выполнены фигурными, с выступами посредине и вырезами по краям. Средние выступы на этих кромках должны быть ответными фрагментами для закрытия ниш на корпусе МДПМ в районе, где начинается сопло ЖРД. В эти ниши опускаются носовые части ство- рок в открытом положении. Подрезанные края на задних кромках позволяют в открытом положении плотнее приблизить створку к корпусу. На фиг. 2 наглядно видно, что сме- щённые на достаточное расстояние назад створки головного обтекателя позволяют обес- печить штатные условия функционирования направленного относительно корпуса вперёд сопла 2 маршевой ракетной установки второй ступени. На этом рисунке также показаны предпочтительные места расположения сопел РСУ для управления в канале рыскания (по- зиция 13) и в каналах тангажа/крена (позиция 14). Ответные части фиксаторов 75 на створках расположены вблизи крайних точек их выпуклых поверхностей, чтобы в откры- том положении створки удобно было закрепить на соответствующих элементах кормовой части корпуса или консолей крыла. Места расположения подтягивающих замков 16 для фиксации створок в закрытом положении выполнены на ответных продольных выступах поверхности корпуса. In FIG. 2 shows in more detail an isometric view of the MISP startup configuration. The hinged wings of the wings 10 are folded over the tapering stern of the hull 1 by the “hut”. upper heat-proof flaps 8 of the head fairing. To improve the compactness of the initial MISP configuration, the trailing edges of the flaps 8, as well as the lower flap 9, are made curly, with protrusions in the middle and cutouts at the edges. The middle protrusions at these edges should be reciprocal fragments to close the niches on the MDPM body in the area where the LPRE nozzle begins. The bow parts of the trunks in the open position are lowered into these niches. Cropped edges on the trailing edges allow the sash to be closer to the body in the open position. In FIG. 2 it is clearly seen that the head fairing flaps shifted a sufficient distance back allow us to ensure the normal operating conditions of the nozzle 2 of the second stage marching rocket launcher directed forward relative to the casing. This figure also shows the preferred locations of the DCS nozzles for control in the yaw channel (position 13) and in pitch / roll channels (position 14). The counterparts of the latches 75 on the wings are located near the extreme points of their convex surfaces, so that in the open position the wings would be conveniently fixed to the corresponding elements of the stern of the hull or wing consoles. The location of the tightening locks 16 for fixing the flaps in the closed position is made on the reciprocal longitudinal protrusions of the surface of the housing.

На фиг. 3 изображена одна из простейших возможных схем шарнирного механизма 18 перемещения нижней створки 8 головного обтекателя. Пунктиром обозначено положе- ние элементов конструкции в закрытом положении, а сплошной линией - в открытом по- ложении. На приведенной схеме проиллюстрирована одна из ключевых идей решения по обеспечению компактности стартовой конфигурации МДПМ, а именно: использование характерного сужения обводов ракетного двигателя в районе горловины сопла, чтобы сместить в образовавшуюся «ложбину» сравнительно громоздкую носовую часть нижней теплозащитной створки - жаростойкий кок 34. В компоновке МДПМ с двумя соплами ус- ловия для «погружения» носового кока между ними лучше, чем в варианте одного сопла.  In FIG. 3 shows one of the simplest possible schemes of the hinge mechanism 18 for moving the lower wing 8 of the head fairing. The dotted line indicates the position of structural elements in the closed position, and the solid line in the open position. The above diagram illustrates one of the key ideas of the solution to ensure the compactness of the MISM starting configuration, namely, the use of the characteristic narrowing of the rocket engine contours in the area of the nozzle throat to shift the relatively bulky nose of the lower heat-shielding shutter into the resulting "heat-sink" - heat-resistant cocoa 34. B A MISP arrangement with two nozzles provides better conditions for “immersion” of nasal coca between them than in the case of a single nozzle.

На фиг. 4 показана промежуточная конфигурация МДПМ, когда теплозащитные створки 8, 9 перемещены вперёд и зафиксированы подтягивающими замками 16 в форме головного обтекателя, закрывающего сопло. Граница сопряжения нижней створки с верх- ними створками определена с учётом условий рациональной интеграции в конструкцию жаростойкого кока 34, выполненного как элемент единой теплозащитной конструкции в составе нижней створки головного обтекателя космоплана, а также получения компактной стартовой конфигурации МДПМ. Граница сопряжения створок расположена на верхней поверхности космоплана. Теплозащита на границах створок обтекателя может быть обес- печена на базе технических решений, применяемых в конструкциях аэрокосмических ап- паратов первого поколения, например, в конструкциях створок ниш шасси «Бурана». Что- бы создать достаточные усилия для плотного прилегания кромок, обеспечивающего тре- буемые условия работоспособности теплозащитных уплотнений, подтягивающие замки 16 размещают не только в отмеченных на фиг. 4 точках, но и в других местах по периметру створок. В виде открытой собачки (позиция 19) обозначен центральный узел сопряжения МДПМ с силовым элементом 6, через который на блок баков 3 передаётся основная часть силы тяги маршевой ракетной установки. Места подхода боковых силовых элементов 7 к корпусу МДПМ обозначены в виде пазов 12 на корневой части консоли крыла 10. Эти па- зы автоматически перекрываются при повороте консолей крыла из стартового в рабочее положение на этапах спуска и посадки. В стартовом положении для обеспечения жёстко- сти конструкции концы консолей крыла 10 соединены замком 20. В набор органов аэро- динамического управления МДПМ (в составе руля высоты 11 и поворотных консолей крыла 10) могут быть добавлены элевоны 21 в качестве средства продольно-поперечного управления, а также (при синхронном разнонаправленном отклонении с рулём высоты) выполнения функций воздушного тормоза. In FIG. 4 shows the intermediate configuration of the MDM, when the heat-shielding flaps 8, 9 are moved forward and secured by pull-up locks 16 in the form of a head fairing covering the nozzle. The interface between the lower flap and the upper flaps was determined taking into account the conditions of rational integration into the design of heat-resistant coca 34, made as an element of a single heat-shielding structure as a part of the lower flap of the head fairing of the spaceplane, as well as obtaining a compact MISP launch configuration. The boundary pairing of the valves is located on the upper surface of the spaceplane. Thermal protection at the borders of the fairing flaps may be liver based on technical solutions used in the construction of aerospace equipment of the first generation, for example, in the design of the flaps of the niches of the Burana landing gear. In order to create sufficient forces for a snug fit of the edges, providing the required working conditions for heat-shielding seals, the tightening locks 16 are placed not only in those indicated in FIG. 4 points, but also in other places around the perimeter of the wings. In the form of an open dog (position 19), the central unit for interfacing the MPM with the power element 6 is indicated, through which the main part of the thrust of the main rocket launcher is transmitted to the block of tanks 3. The places of approach of the lateral power elements 7 to the MDPM body are indicated in the form of grooves 12 on the root of the wing console 10. These holes automatically overlap when the wing consoles rotate from the starting position to the working position during the descent and landing stages. In the starting position, to ensure rigidity of the structure, the ends of the wing consoles 10 are connected by a lock 20. Elevons 21 can be added to the set of MDPM aerodynamic controls (consisting of a rudder 11 and rotary wing consoles 10), as a means of longitudinal-transverse control, and also (with synchronous multidirectional deviation with the elevator) performing the functions of an air brake.

Кормовая часть корпуса космоплана выполнена сужающейся в направлении руля высоты, и имеет форму, определяемую условиями минимизации её вклада в аэродинами- ческое сопротивление летательного аппарата в дозвуковом диапазоне скоростей полёта. На фиг. 5 изображён МДПМ в ракурсе «сбоку сверху» из задней полусферы в конфигура- ции гиперзвукового полёта. Консоли крыла 10 повёрнуты в рабочее положение на угол соответствующий режиму самобалансировки (примерно 45° 50° вверх относительно строительной горизонтали корпуса). Дополнительно к ранее уже описанным элементам, на этом рисунке показаны предпочтительные места расположения следующих агрегатов: сопла двигателя орбитального маневрирования 23, разрывных разъёмов 22 топливных ма- гистралей, а также контейнера 24 посадочного тормозного парашюта. В выбранном ра- курсе на верхней поверхности консоли крыла показан интерцептор / 7. Элевоны 21 и/или интерцепторы 17 могут быть включены в состав органов аэродинамического управления космоплана в том случае, если в силу каких-либо причин эффективность управления в ба- зовой конфигурации посредством поворотных консолей крыла 10 и руля высоты 11 ока- жется недостаточной.  The aft part of the spacecraft’s hull is made tapering in the direction of the elevator, and has a shape determined by the conditions for minimizing its contribution to the aerodynamic drag of the aircraft in the subsonic range of flight speeds. In FIG. Figure 5 shows the MDM in the “side to top” view from the rear hemisphere in the configuration of hypersonic flight. The wing consoles 10 are rotated to the operating position at an angle corresponding to the self-balancing mode (approximately 45 ° 50 ° upwards relative to the horizontal construction of the body). In addition to the previously described elements, this figure shows the preferred locations of the following units: nozzles of the orbital maneuvering engine 23, explosive connectors 22 of the fuel lines, as well as the container 24 of the landing brake parachute. In the selected flight, the interceptor / 7 is shown on the upper surface of the wing console. Elevons 21 and / or interceptors 17 can be included in the aerodynamic control bodies of the space plan if, for any reason, the control efficiency in the basic configuration by rotary consoles of the wing 10 and the elevator 11 will be insufficient.

Характерный вид посадочной конфигурации МДПМ приведен на фиг. 6. Стойки шасси 25, 26 выпущены, консоли крыла 10 опущены почти до строительной горизонтали. Эта конфигурация ориентирована на получение близких к максимально возможным не- сущим свойствам компоновки и приемлемых характеристик путевой устойчивости аппа- рата. A typical view of the MPDM landing configuration is shown in FIG. 6. The landing gear 25, 26 are released, the wing consoles 10 are lowered almost to the horizontal level. This configuration is focused on getting close to the maximum possible the essential properties of the layout and acceptable characteristics of the track stability of the device.

Вписанная в обводы типичной формы космической головной части 4 компоновка транспортного космического корабля с пилотируемым космопланом в стартовой конфи- гурации представлена на фиг. 7. Подвижные створки 8, 9 головного обтекателя закрывают стыковочный агрегат 39, расположенный в носовой части корпуса космоплана 1 и ориен- тированный вдоль продольной оси инерции всей сборки. Среднюю часть корпуса космо- плана занимает обитаемый отсек 35, в котором рабочее место командира экипажа 36 скомпоновано в соответствии с авиационными канонами. Это относится к ориентации по- зы пилота в кресле 37 и расположению информационно-управляющего поля - приборной доски 57, остекления 52, а также органов управления (не показано). Пассажиры космопла- на на этапах выведения, спуска и посадки размещаются на самоориентирующихся ложе- ментах 38 в позе «лёжа на спине», причём ось вращения каждого из ложементов должна быть примерно перпендикулярна плоскости симметрии космоплана и смещена от оси инерции тела пассажира в район его груди, т. е. центр инерции ложемента вместе с пасса- жиром находится между осью вращения и спинкой ложемента. Это позволяет, во-первых, рационально использовать особенности формы сужения корпуса от средней эллипсооб- разной до кормовой клинообразной с горизонтальным ребром, и, во-вторых, улучшить ус- ловия переносимости перегрузки за счёт подстройки ориентации тела пассажира на ли- нию воздействия по направлению «грудь - спина». Между обитаемым отсеком 35 космо- плана и обитаемым отсеком 42 конформного орбитального модуля 41 имеется проход че- рез герметичный люк 40. На верхней части корпуса пилотируемого космоплана, преиму- щественно по его бокам, расположены узлы сопряжения по пакетной схеме с ракетными блоками САС/ДОМ и по клинообразной схеме с конформным орбитальным отсеком. Мо- дуль 41 соединён с корпусом космоплана 1 замками 50. Силовые элементы 53 на кормо- вом торце модуля 41 служат для его разъёмного соединения с блоком баков 3. На этом же торце может быть установлен блок двигателей РСУ 43, предназначенный преимуществен- но для управления ориентацией космического корабля на этапе орбитального полёта. Ра- кетные блоки 48, присоединённые замками 49 к корпусу 1 космоплана, используют в ка- честве движителя в системе аварийного спасения (САС) и в качестве двигателя орбиталь- ного маневрирования (ДОМ). В первом из перечисленных вариантов применения в ава- рийной ситуации после открытия замков 50 одновременно включают достаточное количе- ство блоков 48, чтобы увести космоплан от ракетоносителя. Условная точка приложения равнодействующей от реактивных тяг этих блоков должна находиться перед центром масс отделившегося пакета. Второй вариант использования ориентирован на раздельное вклю- чение одного или нескольких блоков 48, когда для орбитального манёвра космического корабля требуется придать ему достаточно большой импульс. Сопла 56 блоков 48 после выхода на орбиту переставляют таким образом, чтобы направление действия тяги прохо- дило через центр инерции космического корабля. The layout of the transport spacecraft with a manned spaceplane inscribed in the contours of a typical shape of the space head part 4 in the launch configuration is shown in FIG. 7. Movable flaps 8, 9 of the head fairing close the docking unit 39, located in the bow of the spacecraft 1 and oriented along the longitudinal axis of inertia of the entire assembly. The middle part of the space plan’s hull is occupied by the inhabited compartment 35, in which the workplace of the crew commander 36 is arranged in accordance with the aviation canons. This refers to the orientation of the pilot's posture in the seat 37 and the location of the information-control field - the dashboard 57, glazing 52, as well as the controls (not shown). Passengers of the spacecraft at the stages of launching, launching and landing are placed on self-orienting beds 38 in the “lying on their back” position, and the axis of rotation of each lodgment should be approximately perpendicular to the plane of symmetry of the spacecraft and offset from the inertia axis of the passenger’s body to the area of his chest , that is, the center of inertia of the lodgement, together with the passenger, is between the axis of rotation and the back of the lodgement. This allows, firstly, to rationally use the features of the shape of the body narrowing from the middle ellipsoidal to the feed wedge-shaped with a horizontal rib, and, secondly, to improve the conditions of overload tolerance by adjusting the orientation of the passenger body to the line of action in the direction "Chest - back." Between the inhabited compartment 35 of the space plan and the inhabited compartment 42 of the conformal orbital module 41 there is a passage through an airtight hatch 40. On the upper part of the manned spacecraft’s hull, mainly on its sides, there are interface units in the package design with the SAS / DOM rocket blocks and in a wedge-shaped pattern with a conformal orbital compartment. The module 41 is connected to the spacecraft’s hull 1 by locks 50. The power elements 53 on the aft end of the module 41 are used for its detachable connection with the block of tanks 3. At the same end, an RSU 43 engine block can be installed, designed primarily for control orientation of the spacecraft at the stage of orbital flight. Missile units 48, attached by locks 49 to the spacecraft’s hull 1, are used as a propulsion device in the emergency rescue system (CAC) and as an orbital maneuvering engine (HOA). In the first of these applications in an emergency situation, after opening the locks 50, at the same time, a sufficient number of blocks 48 are turned on to remove the spaceplane from the launch vehicle. The conditional point of application of the resultant from the jet rods of these blocks should be in front of the center of mass separated package. The second use case is focused on the separate inclusion of one or several blocks 48, when for the orbital maneuver of the spacecraft it is required to give it a sufficiently large momentum. The nozzles 56 of blocks 48, after entering into orbit, are rearranged so that the direction of action of the thrust passes through the center of inertia of the spacecraft.

На фиг. 8 показана основная конфигурация транспортного космического корабля для этапа орбитального полёта. Створки 8 и 9 головного обтекателя открыты и отведены шарнирным механизмом к бокам корпуса. Пилот 36 может визуально контролировать часть пространства в передней полусфере через имеющийся между открытыми верхними створками 8 сектор обзора для осуществления визуального контроля сближения с коопе- рируемым объектом при выполнении операции стыковки на орбите. Крышка 46 переход- ного люка 40 между обитаемыми отсеками космоплана и конформного орбитального от- сека открыта. В приборно-агрегатном отсеке 45 космоплана размещено преимущественно сложное оборудование (электронные блоки, электромеханические системы и др.), а в аг- регатном отсеке 44 орбитального модуля - преимущественно ёмкости с запасами жидких и газообразных рабочих тел.  In FIG. Figure 8 shows the basic configuration of a transport spacecraft for the orbital flight phase. Flaps 8 and 9 of the head fairing are open and allotted by an articulated mechanism to the sides of the housing. Pilot 36 can visually control part of the space in the front hemisphere through the viewing sector between the open upper leaves 8 and visually control the approach to the cooperating object during the docking operation in orbit. The cover 46 of the access hatch 40 between the inhabited compartments of the spaceplane and the conformal orbital compartment is open. In the instrument-and-assembly compartment of the 45 spaceplane, mainly sophisticated equipment (electronic components, electromechanical systems, etc.) is located, and in the aggregate compartment of the 44 orbital module, it is mainly containers with reserves of liquid and gaseous working bodies.

Изображённая на фиг. 9 конфигурация пилотируемого космоплана на этапе спуска аналогична по состоянию основных аэродинамических элементов конфигурации МДПМ на фиг. 5. Сопоставление положений пассажиров на фиг. 7 и фиг. 9 позволяет проиллюст- рировать эффект применения самоориентации ложементов. Самоориентирующиеся ложе- менты 38 обеспечивают ориентацию тел пассажиров в положении, минимизирующем не- гативное воздействие на них перегрузки. По сути, ориентация относительно вектора пере- грузки направления «грудь - спина» у пассажиров космоплана на этапах выведения и спуска примерно такая же, как, например, у космонавтов «Союза» на соответствующих этапах полёта. Поскольку общий уровень перегрузок у космоплана на «планирующих» траекториях спуска ниже, чем на «скользящих» или «баллистических» траекториях капсу- лы «Союза», то, следовательно, уровень комфорта для пассажиров по этому показателю на новом средстве спуска с орбиты должен быть выше.  Depicted in FIG. 9, the configuration of the manned spacecraft at the launching stage is similar in state to the main aerodynamic elements of the MISM configuration in FIG. 5. A comparison of the passenger positions in FIG. 7 and FIG. 9 allows one to illustrate the effect of applying the self-orientation of lodgements. Self-orienting elements 38 provide the orientation of the bodies of passengers in a position that minimizes the negative impact of overload on them. In fact, the orientation with respect to the overload vector of the “chest - back” direction for the passengers of the space plan at the stages of launch and descent is approximately the same as, for example, for the cosmonauts of the Soyuz at the corresponding stages of flight. Since the overall level of overloads on the spaceplane on the “planning” descent trajectories is lower than on the “moving” or “ballistic” trajectories of the Soyuz capsule, therefore, the level of comfort for passengers according to this indicator on the new means of descent from orbit should be above.

Последовательность основных операций по использованию МДПМ, типичная для одного из двух вариантов компоновок космопланов со створчатым головным обтекателем, схематично представлена на фиг. 10. Ключевые отличия в этой последовательности от наиболее близкого аналога по способу применения состоят в операциях по перемещению створок головного обтекателя, а также в особенностях вариантов законов формирования управляющих воздействий на посадочном режиме с использованием возможностей рас- кладки консолей крыла в комбинации с отклонением руля высоты. The sequence of basic operations for using the MISP, typical of one of the two options for layout of space planes with a wing head fairing, is shown schematically in FIG. 10. The key differences in this sequence from the closest analogue in the method of application consist in operations to move the head fairing flaps, as well as in the features of the variants of formation laws control actions at the landing mode using the layout options of the wing consoles in combination with the deviation of the elevator.

Программа полёта МДПМ в составе МТКС согласно заявленному изобретению должна включать следующую последовательность операций:  The MPLM flight program as part of the MTKS according to the claimed invention should include the following sequence of operations:

1. Осуществляют вертикальный старт ракетоносителя, который затем летит по траек- тории выведения 28 до точки разделения 54. На фиг. 10 изображён ракетоноситель в варианте трёхблочной компоновки, состоящий из двух многоразовых модулей пер- вой ступени 27 и второй ступени в конфигурации фиг. 1 с одним МДПМ.  1. Carry out a vertical launch of the launch vehicle, which then flies along the path of launch 28 to separation point 54. In FIG. 10 shows a carrier rocket in a three-block configuration, consisting of two reusable modules of the first stage 27 and the second stage in the configuration of FIG. 1 with one MDM.

2. После разделения в точке 54 на скорости примерно М~7 и выключения маршевых ЖРД на многоразовых модулях 27 первой ступени, они осуществляют планирую- щий полёт в автоматическом режиме к аэродрому (аэродромам) посадки по соответ- ствующим траекториям 31. Вторая ступень в составе модулей /, 3, 4 продолжает полёт по траектории выведения 29 до точки разделения 55.  2. After dividing at point 54 at a speed of approximately M ~ 7 and turning off the marching rocket engines on reusable modules 27 of the first stage, they carry out a planned flight in automatic mode to the landing aerodrome (s) along the appropriate paths 31. The second stage consists of modules /, 3, 4 continues the flight along the trajectory of the output 29 to the point of separation 55.

3. На участке траектории 29 полёта до точки 55, при достижении заданной суборби- тальной скорости, выключают маршевый ЖРД на МДПМ.  3. On the flight path 29 to point 55, when the specified suborbital speed is reached, the marching liquid propellant rocket engine is switched off.

4. После разделения модулей второй ступени в точке 55, производят отвод МДПМ и модуля полезной нагрузки от блока баков 3. МДПМ из стартовой конфигурации (фиг. 2) преобразуют в конфигурацию спуска в атмосфере (фиг. 5).  4. After the separation of the second-stage modules at point 55, the MPMM and the payload module are removed from the tank block 3. The MPMM from the starting configuration (Fig. 2) is converted into a descent configuration in the atmosphere (Fig. 5).

5. Модуль полезной нагрузки 4, который может быть как одноразовым космическим аппаратом, так и КМТКК, довыводят на заданную опорную орбиту по типовой про- цедуре. МДПМ с помощью РСУ (поз. 13, 14) ориентируют в пространстве нужным образом, затем в соответствующий момент включают ДОМ (поз. 23) на заданное время, чтобы продолжить полёт уже по орбитальной траектории 30.  5. The payload module 4, which can be either a disposable spacecraft or KMTKK, is brought into a given reference orbit according to the standard procedure. MDMs using DCS (pos. 13, 14) are oriented in space as needed, then at the appropriate moment they turn on the HOUSE (pos. 23) for a specified time in order to continue the flight along the orbital path 30.

6. На заданном удалении от выбранного аэродрома посадки (по штатной программе полёта это должен быть аэродром космодрома) выполняют операцию схода с орби- ты МДПМ, повторно применив для этого РСУ (поз. 13, 14) и ДОМ (поз. 23).  6. At a predetermined distance from the selected landing aerodrome (according to the regular flight program, it should be the aerodrome of the cosmodrome), the MPPM orbit will be removed from the orbit, reapplying DCS (pos. 13, 14) and HOUSE (pos. 23).

7. Управление траекторией полёта МДПМ с помощью аэродинамических поверхно- стей на гиперзвуковом участке спуска осуществляют асимметричным поворотом консолей крыла 10 относительно заданного балансировочного угла их раскладки. В продольном канале дополнительно возможно использование руля высоты 11, кото- рый на больших углах атаки действует как балансировочный щиток.  7. The MDPM flight path is controlled by aerodynamic surfaces on the hypersonic descent section by asymmetric rotation of the wing consoles 10 relative to a given balancing angle of their layout. In the longitudinal channel, it is additionally possible to use a rudder of height 11, which at large angles of attack acts as a balancing shield.

8. Аэродинамическое управление на участке 32 траектории полёта космоплана на уме- ренных сверхзвуковых и дозвуковых скоростях осуществляют: в канале тангажа - за счёт отклонения руля высоты (поз. 11); в канале крена - за счёт несимметричного поворота консолей крыла (поз. 10); в путевом канале - за счёт скоординированного отклонения · руля высоты (поз. 11) и несимметричного поворота консолей крыла (поз. 10); в канале скорости - за счёт отклонения руля высоты (поз. 11) и/или сим- метричного подъёма и опускания консолей крыла (поз. 10). 8. Aerodynamic control over section 32 of the spacecraft flight path at moderate supersonic and subsonic speeds is carried out: in the pitch channel — due to the elevator deflection (pos. 11); in the roll channel - due to asymmetric rotation of the wing consoles (pos. 10); in the track channel - due to the coordinated deviation of the elevator (pos. 11) and asymmetric rotation of the wing consoles (pos. 10); in the speed channel - due to the deviation of the elevator (pos. 11) and / or the symmetrical raising and lowering of the wing consoles (pos. 10).

9. На заключительном участке траектории выравнивания производят уменьшение угла поперечного V консолей крыла 10 до минимальной заданной величины (примерно до - 5°). Управление приземлением космоплана на ВПП (поз. 33), а также управле- ние на пробеге производят в соответствии с известными авиационными процедура- ми.  9. At the final section of the alignment trajectory, the angle of the transverse V of the wing consoles 10 is reduced to a minimum predetermined value (to about -5 °). The runway landing control on the runway (pos. 33), as well as run control, is carried out in accordance with well-known aviation procedures.

Основные отличия в способе применения космоплана КМТКК в составе транс- портного космического корабля (по сравнению с вышеизложенным способом для МДПМ) состоят в следующем:  The main differences in the method of using the KMTKK space plan as a part of a transport spacecraft (as compared to the above-described method for MDS) are as follows:

I. В стартовой конфигурации теплозащитные створки 8, 9 закрыты и образуют го- ловной обтекатель.  I. In the starting configuration, the heat shields 8, 9 are closed and form the head fairing.

II. В случае возникновения нештатной ситуации при запуске МТКС, предусмотрена возможность экстренного отделения космоплана от аварийного ракетоносителя и орбитального отсека в любой точке траектории выведения 28, 29, с последующей посадкой на ВПП.  II. In the event of an emergency during the launch of the MTKS, it is possible to urgently separate the spaceplane from the emergency rocket carrier and the orbital compartment at any point on launch path 28, 29, followed by landing on the runway.

III. Створки головного обтекателя 8, 9 обязательно открывают только при необходи- мости использования стыковочного агрегата 39.  III. Flaps of the head fairing 8, 9 are required to be opened only when the use of the docking unit 39 is necessary.

IV. Обитаемый отсек космоплана закрытый люком 40 может быть использован в каче- стве шлюзовой камеры при осуществлении выхода космонавта в открытый космос через люк стыковочного агрегата 39.  IV. The inhabited spacecraft compartment closed by hatch 40 can be used as a lock chamber when an astronaut enters outer space through the hatch of docking unit 39.

V. Дополнительно к закрытию створок 8, 9 головного обтекателя (если они были от- крыты) перед сходом с орбиты производят расстыковку космоплана и конформно- го орбитального отсека 41, а после отработки импульса схода - отделяют также и корпуса 48 всех ракетных блоков САС/ДОМ.  V. In addition to closing the shutters 8, 9 of the head fairing (if they were open), before leaving the orbit, the spaceplane and the conformal orbital compartment 41 are undocked, and after working off the descent pulse, the bodies 48 of all SAS / HOUSE.

Как известно, у экспериментальных аппаратов «Бор-4», основное назначение кото- рых состояло в натурных испытаниях элементов теплозащиты «Бурана», в качестве аэро- динамических органов управления были применены только две асимметрично отклоняе- мых в поперечном канале консоли крыла. Тем не менее, система управления с такими усечёнными возможностями обеспечила решение задач по моделированию гиперзвуково- го участка траектории полёта «Бурана» и приведению «Бора-4» в заданный район привод- нения. В настоящей заявке на изобретение предложено расширить примерно до 130° -450° суммарный диапазон углов поворота консоли крыла космоплана по сравнению с меньшими диапазонами у известных предыдущих аналогов (проекты «Спираль», «Бор-4», МАКС). Такое решение позволяет обеспечить компактность стартовой конфигурации космоплана и максимально возможно использовать его несущие свойства на сверхзвуко- вых и дозвуковых скоростях планирования. Добавление же в состав аэродинамических органов управления космоплана третьей подвижной поверхности - руля высоты - создаёт возможности полноценного регулирования (раздельно и комбинированно) по четырём ка- налам, а именно: по тангажу, крену, рысканию и воздушной скорости. Позитивный эф- фект от предложенного технического решения по конфигурации аэродинамических орга- нов управления состоит не только в том, что в теплонапряжённой конструкции космопла- нов удаётся вдвое уменьшить количество подвижных рулевых поверхностей (с шести, как у «Space Shuttle», или семи, как у «Бурана») до трёх. Позитивно и то, что открывается возможность рационально избавиться от сложностей с обеспечением устойчивости и управляемости в определённых диапазонах скоростей полёта, которые были выявлены у шатловской компоновки. As is known, in the Bor-4 experimental apparatuses, the main purpose of which was to conduct full-scale tests of the Buran thermal protection elements, only two asymmetrically deflected deflectors in the transverse channel of the wing console were used as aerodynamic controls. Nevertheless, a control system with such truncated capabilities ensured the solution of the problems of modeling the hypersonic section of the Burana flight path and bringing the Bora-4 to the specified reduction area. In the present application for the invention proposed to expand to approximately 130 ° -450 ° the total range of rotation angles of the wing of the spaceplane compared with smaller ranges of the known previous analogues (projects "Spiral", "Bor-4", MAKS). Such a solution makes it possible to ensure the compactness of the launch plan of the space plan and to use its load-bearing properties at supersonic and subsonic planning speeds as much as possible. The addition of the third moving surface — the elevator — to the aerodynamic controls of the spaceplane creates the possibility of full regulation (separately and combined) over four channels, namely, pitch, roll, yaw and airspeed. The positive effect of the proposed technical solution for the configuration of aerodynamic controls is not only that in the heat-stressed design of spacecraft, it is possible to halve the number of movable steering surfaces (from six, like the Space Shuttle, or seven, like “Buran”) up to three. It is also positive that the opportunity arises to rationally get rid of the difficulties with ensuring stability and controllability in certain ranges of flight speeds, which were identified in the Shuttle layout.

Таким образом, возможность получения заявленного технического результата при осуществлении совокупности предложенных в настоящей заявки решений определяется тем, что:  Thus, the possibility of obtaining the claimed technical result in the implementation of the totality of the solutions proposed in this application is determined by the fact that:

В аэродинамической компоновке космопланов, как в варианте МДПМ, так и в варианте КМТКК, отсутствует обширная донная область. По сравнению с аналогами и прототипом, которые имеют донные области, это позволяет заметно улучшить такие базовые аэроди- намические характеристики как коэффициент лобового сопротивления (уменьшить его примерно на 15 - 25%) и повысить максимальное аэродинамическое качество, примерно на 1 - 2 единицы.  In the aerodynamic layout of space planes, both in the MDM and the CMTC variants, there is no vast bottom region. Compared with analogues and prototypes that have bottom regions, this allows one to noticeably improve such basic aerodynamic characteristics as drag coefficient (reduce it by about 15–25%) and increase the maximum aerodynamic quality by about 1–2 units.

Конструкция нижней створки головного обтекателя сформирована так, что граница её со- пряжения с верхними створками расположена на верхней поверхности космоплана, где поля температур существенно меньше (примерно до нескольких сотен градусов по Цель- сию) по сравнению с сопоставимыми участками на нижней поверхности. Это улучшает условия, в которых функционирует теплоизоляция стыков, и, в конечном счёте, позволяет повысить надёжность теплозащиты. The design of the lower cusp of the head fairing is formed so that its interface with the upper cusps is located on the upper surface of the space plane, where the temperature fields are much smaller (up to several hundred degrees Celsius) compared with comparable areas on the lower surface. This improves the conditions in which the thermal insulation of the joints functions, and, ultimately, improves the reliability of thermal protection.

Количество аэродинамических органов управления в базовой конфигурации космопланов уменьшено до минимума - двух поворотных консолей крыла и руля высоты, причём рабо- чий диапазон углов поворота консолей крыла существенно расширен. Компактность стартовой конфигурации МДПМ создает условия для применения в составе второй ступени ракеты-носителя плотного размещения наборов из двух вариантов компо- новок МДПМ, причём общее количество ЖРД в наборе может быть от 1 до 8 - 10. The number of aerodynamic controls in the basic configuration of spaceplanes has been reduced to a minimum of two rotary wing consoles and elevator, and the working range of angles of rotation of the wing consoles has been significantly expanded. The compact configuration of the MPDM launch vehicle creates the conditions for the use in the second stage of the launch vehicle of dense placement of sets of two variants of MPDM layouts, and the total number of LREs in the kit can be from 1 to 8-10.

В компоновке КМТКК стыковочный агрегат расположен в носовой части корпуса космо- плана, поэтому его рабочая зона находится в поле непосредственного визуального обзора со штатного рабочего места пилота. Шарнирный механизм раскрытия верхних створок построен так, что створки при открытии перемещаются в положение по бокам корпуса и не перекрывают пилоту рабочий сектор обзора в передней полусфере. In the KMTKK layout, the docking unit is located in the bow of the space plan’s hull; therefore, its working area is in the direct visual field of view from the regular workplace of the pilot. The hinged mechanism for opening the upper flaps is designed so that the flaps, when opened, move to a position on the sides of the hull and do not overlap the pilot viewing sector in the front hemisphere.

Пассажиры КМТКК на этапах выведения в космос и возвращения на Землю размещаются на самоориентирующихся ложементах в обитаемом отсеке в позе «лёжа на спине», при- чём ложементы установлены так, что направление «голова - таз» перпендикулярно плос- кости симметрии космоплана. В такой компоновке наиболее значимые перегрузки будут воздействовать на пассажиров по линии «грудь - спина», что соответствует близкой к оп- тимальной ориентации тела для переносимости существенных перегрузок. KMTKK passengers at the stages of launching into space and returning to Earth are placed on self-orienting lodgements in the inhabited compartment in the “lying on their back” position, and the lodgements are set so that the head – pelvis direction is perpendicular to the plane of symmetry of the spaceplane. In this arrangement, the most significant overloads will affect passengers along the “chest - back” line, which corresponds to an approximate optimal body orientation for tolerance of significant overloads.

В заключение настоящего раздела необходимо отметить, что для реализации пред- ложенных технических решений в компоновке и конструкции космоплана потенциально достаточен тот технологический уровень, на котором были созданы «Space Shuttle» и «Бу- ран». Но применение новой совокупности этих решений должно позволить достичь более высокий уровень лётно-технических и эксплуатационных характеристик у следующего поколения МТКС, чем удалось получить на предыдущем.  In conclusion of this section, it should be noted that for the implementation of the proposed technical solutions in the layout and design of the space plan, the technological level at which Space Shuttle and Buran were created is potentially sufficient. But the use of a new combination of these solutions should allow to achieve a higher level of flight technical and operational characteristics of the next generation of MTKS than it was possible to obtain at the previous one.

Claims

Формула изобретения Claim 1. Планирующий космический аппарат (космоплан) со створчатым головным обтека- телем, содержащий несущий теплозащищенный корпус, поворотные консоли крыльев, оси шарнирных соединений которых с корпусом примерно параллельны его продольной оси, аэродинамические и реактивные рули, приборное оборудование для обеспечения управления орбитальным полётом, спуском и посадкой космоплана на аэродром, убираемое посадочное устройство (шасси), разъёмные узлы силового, пневмогидравлического, электрического и информационного сопряжения с ответ- ными частями на блоке баков ракетного топлива, а также модуль маршевой силовой установки ракетоносителя, отличающийся тем, что космоплан содержит ориенти- рованные вперёд относительно корпуса одно или два сопла, расположенных в его носовой части, содержащей одну нижнюю и не менее двух верхних теплозащитных подвижных створок головного обтекателя, компактно наложенных на среднюю часть корпуса космоплана так, чтобы обеспечить возможность штатного функцио- нирования маршевой силовой установки и имеют возможность их выдвижения и поворота вперед с образованием конфигурации головного обтекателя вокруг сопел маршевой силовой установки, при этом соседние створки попарно плотно соединя- ются между собой и с кромкой средней части корпуса космоплана замковыми уст- ройствами, создавая необходимые условия для функционирования теплового уп- лотнения по кромкам этих створок, а нижняя створка носового обтекателя содержит носовой жаростойкий кок, выполненный как элемент единой теплозащитной конст- рукции, кроме того кормовая часть корпуса космоплана выполнена сужающейся в плоскости симметрии и плавно сопряжена с обводами руля высоты с наименьшими допустимыми потерями в аэродинамическом качестве, при этом встречное сопря- жение кормовых частей космоплана и блока баков ракетного топлива второй ступе- ни ракетоносителя выполнено по тандемной схеме, причём разъёмные узлы сопря- жения расположены преимущественно в верхней части и по бокам сужающегося кормового отсека космоплана. 1. Planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing containing a heat-bearing supporting body, rotary wing consoles, the axis of articulated joints with the body being approximately parallel to its longitudinal axis, aerodynamic and jet rudders, instrumentation to control orbital flight, descent and landing of the spacecraft at the airfield, retractable landing gear (landing gear), detachable nodes of power, pneumohydraulic, electrical and information interface with response h asthma on the block of rocket fuel tanks, as well as the module of the propellant marching propulsion system, characterized in that the spaceplane contains one or two nozzles oriented forward relative to the housing, located in its nose, containing one lower and at least two upper heat-shielding movable shutters of the head fairings, compactly superimposed on the middle part of the spacecraft hull so as to enable the regular functioning of the marching power plant and have the ability to extend and rotate forward with the formation of the configuration of the head fairing around the nozzles of the marching propulsion system, while adjacent flaps are pairwise tightly connected to each other and to the edge of the middle part of the space planes by locking devices, creating the necessary conditions for the functioning of thermal sealing along the edges of these wings, and the lower the nose fairing flap contains a heat-resistant nose cock made as an element of a single heat-shielding structure, in addition, the aft part of the space planes body is made tapering in the sim plane metric and smoothly interfaced with elevator contours with the smallest permissible losses in aerodynamic quality, while the counter-coupling of the aft parts of the spaceplane and the rocket fuel tank block of the second stage of the launch vehicle is carried out in tandem, with detachable interface nodes located mainly in the upper parts and sides of the tapering stern compartment of the spaceplane. 2. Планирующий космический аппарат (космоплан) со створчатым головным обтека- телем по п. 1, отличающийся тем, что задние кромки створок головного обтекателя выполнены фигурными и в закрытом положении закрывают ниши корпуса, выпол- ненные для расположения в них передних кромок створок в раскрытом положении. 2. Planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing according to claim 1, characterized in that the trailing edges of the head fairing cusps are closed and in the closed position they cover the body niches made for the front edges of the cusps to be located in the open position. 3. Планирующий космический аппарат (космоплан) со створчатым головным обтека- телем по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что на верхней поверхности консолей крыла расположены интерцепторы. 3. Planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing according to Claim 1 or Clause 2, characterized in that there are spoilers on the upper surface of the wing consoles. 4. Планирующий космический аппарат (космоплан) со створчатым головным обтека- телем по п. 1 или п. 2, отличающийся тем, что на консолях крыла расположены эле- воны.  4. Planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing according to claim 1 or claim 2, characterized in that eleons are located on the wing consoles. 5. Планирующий космический аппарат (космоплан) со створчатым головным обтека- телем, содержащий несущий теплозащищённый корпус, поворотные консоли крыльев, вращающиеся относительно осей примерно параллельных продольной оси корпуса космоплана, аэродинамические рули, реактивные двигатели и приборное оборудование для обеспечения управления орбитальным полётом, спуском и посад- кой космоплана на аэродром, убираемое посадочное устройство (шасси) отличаю- щийся тем, что космоплан содержит обитаемый грузопассажирский отсек с рабо- чим местом лётчика-космонавта в носовой части, который сопрягается с отделяе- мым конформным орбитальным отсеком через герметичный люк, разъёмные узлы силового, электрического, пневмогидравлического и информационного сопряжения, которые расположены преимущественно на верхней части корпуса космоплана, стыковочный агрегат, установленный в носовой части корпуса космоплана, плотно закрытый подвижными теплозащитными створками головного обтекателя на участ- ках выведения, спуска и посадки, с возможностью раскрытия створок на орбиталь- ном участке полёта для обеспечения возможности непосредственного визуального контроля с рабочего места лётчика-космонавта заданного сектора сближения с коо- перируемым объектом, носовой жаростойкий кок выполнен как элемент единой те- плозащитной конструкции нижней створки головного обтекателя, а кормовая часть корпуса космоплана выполнена сужающейся в плоскости симметрии и плавно со- пряжена с обводами руля высоты с наименьшими допустимыми потерями в аэроди- намическом качестве, преимущественно по бокам верхней части корпуса космопла- на установлены узлы силового разъёмного сопряжения по пакетной схеме с двига- тельными блоками орбитального маневрирования, перемещаемые сопла которых в стартовом положении обеспечивают работу системы аварийного спасения, а в гру- зопассажирской зоне обитаемого отсека космоплана расположены узлы навески ло- жементов.  5. Planning spacecraft (space plane) with a wing head fairing containing a heat-bearing supporting body, rotary wing consoles rotating relative to the axes approximately parallel to the longitudinal axis of the spacecraft body, aerodynamic rudders, rocket engines and instrumentation to provide control of orbital flight, descent and landing of the spaceplane at the aerodrome, retractable landing device (landing gear) characterized in that the spaceplane contains an inhabited cargo-passenger compartment with a working place astronaut pilot in the bow, which mates with a detachable conformal orbital compartment through an airtight hatch, detachable nodes of power, electric, pneumohydraulic and information interfaces, which are located mainly on the upper part of the spacecraft’s hull, a docking unit installed in the bow of the spacecraft’s hull, tightly closed by movable heat-shielding flaps of the head fairing in the areas of launch, descent and landing, with the possibility of opening the flaps in the orbital section flight to enable direct visual control from the workplace of the pilot-cosmonaut of a given approach sector with a co-ordinated object, the nose heat-resistant cock is made as an element of a single heat-shielding structure of the lower wing of the head fairing, and the aft part of the space planes body is made narrowing in the plane of symmetry and smoothly It is connected with elevator contours with the least permissible losses in aerodynamic quality, mainly on the sides of the upper part of the spacecraft’s hull. nodes of detachable power interface according to the batch scheme with engine blocks of orbital maneuvering, movable nozzles of which in the starting position provide the emergency rescue system, and nodes of hitching elements are located in the passenger and passenger area of the inhabited spacecraft compartment. 6. Планирующий космический аппарат (космоплан) со створчатым головным обтека- телем по п. 5, отличающийся тем, что в грузопассажирской зоне обитаемого отсека космоплана установлены самоориентирующиеся ложементы для размещения вдоль оси вращения ложемента пассажиров, преимущественно в позе «лёжа на спине», причём ось вращения у каждого ложемента примерно перпендикулярна плоскости симметрии космоплана, а центр инерции ложемента вместе с пассажиром находится между осью вращения и спинкой ложемента. 6. Planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing according to claim 5, characterized in that in the cargo-passenger zone of the inhabited compartment the spaceplane has self-orienting lodgements for placement along the axis of rotation of the lodgement of passengers, mainly in the "lying on the back" position, with the axis of rotation of each lodgement being approximately perpendicular to the plane of symmetry of the spaceplane, and the center of inertia of the lodgement with the passenger is between the axis of rotation and the back of the lodgement. 7. Планирующий космический аппарат (космоплан) со створчатым головным обтека- телем по п. 5 или п. 6, отличающийся тем, что на верхней поверхности консолей крыла расположены интерцепторы.  7. Planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing according to Claim 5 or Clause 6, characterized in that there are spoilers on the upper surface of the wing consoles. 8. Планирующий космический аппарат (космоплан) со створчатым головным обтека- телем по п. 5 или п. 6, отличающийся тем, что на консолях крыла расположены эле- воны.  8. Planning spacecraft (spaceplane) with a wing head fairing according to Claim 5 or Clause 6, characterized in that Elevons are located on the wing consoles. 9. Способ управления возвращением с орбиты космоплана, включающий выполнение орбитальных операций ориентации, схода с орбиты и стабилизации, обеспечиваю- щих вход космоплана в атмосферу планеты с заданными параметрами, осуществле- ние корректирующих воздействий на космоплан с помощью аэродинамических и газодинамических рулей в соответствии с заданным законом управления траектори- ей спуска и посадки на взлётно-посадочную полосу аэродрома, отличающийся тем, что управляющие воздействия с использованием аэродинамических сил осуществ- ляют в канале рыскания за счёт комбинированного отклонения консолей крыла и руля высоты, в канале крена путём асимметричного отклонения консолей крыла, а в качестве дополнительного средства управляющих воздействий в канале воздушной скорости используют синхронный подъём или опускание консолей крыла.  9. A method for controlling the return from orbit of a space plane, including performing orbital operations of orientation, descent from orbit and stabilization, which ensure that the space plane enters the planet’s atmosphere with predetermined parameters, carries out corrective actions on the space plane using aerodynamic and gas-dynamic rudders in accordance with the specified the law of controlling the path of descent and landing on the runway of the aerodrome, characterized in that the control actions using aerodynamic forces carried out dissolved in yaw channel due to combined deflection and wing panel of the elevator, in the roll channel by asymmetrical deflection wing panels, and as an additional means of control actions in the channel airspeed use simultaneous lifting or lowering of the wing panel. 21 21 ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2012/000692 2011-08-25 2012-08-22 Gliding spacecraft with folding nose fairing (variants) and method for controlling the return thereof to the landing field Ceased WO2013039426A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011135313 2011-08-25
RU2011135313/11A RU2479469C1 (en) 2011-08-25 2011-08-25 Gliding spaceship (versions) with folding nose cone and method of controlling its descent to airfield

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013039426A1 true WO2013039426A1 (en) 2013-03-21

Family

ID=47883527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000692 Ceased WO2013039426A1 (en) 2011-08-25 2012-08-22 Gliding spacecraft with folding nose fairing (variants) and method for controlling the return thereof to the landing field

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2479469C1 (en)
WO (1) WO2013039426A1 (en)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106444430A (en) * 2016-11-09 2017-02-22 上海宇航系统工程研究所 Control system and method for sublevel reentry of carrier rocket, and simulation system and method
CN107678445A (en) * 2017-10-17 2018-02-09 苏州诚满信息技术有限公司 A kind of intelligent Stage System and its control method based on unmanned plane
CN109264029A (en) * 2018-09-27 2019-01-25 宁波天擎航天科技有限公司 A kind of carrier rocket
US10214303B1 (en) 2016-09-27 2019-02-26 Space Systems/Loral, Llc Low cost launch vehicle fairing
CN109711069A (en) * 2018-12-29 2019-05-03 中国运载火箭技术研究院 A method for predicting the reentry of the last stage of a launch vehicle
CN110758730A (en) * 2019-10-23 2020-02-07 南京航空航天大学 A Hypersonic Vehicle and Its Ballistic Design
CN111174646A (en) * 2020-03-13 2020-05-19 北京星际荣耀空间科技有限公司 Rocket fairing recovery system and method
CN112270046A (en) * 2020-11-09 2021-01-26 北京机电工程研究所 Method for simulating separation track of protective cover of air inlet channel
CN112556515A (en) * 2021-02-19 2021-03-26 北京星际荣耀空间科技股份有限公司 Recovery system and method for rocket fairing
CN112977883A (en) * 2020-08-11 2021-06-18 中国科学院微小卫星创新研究院 Thin atmosphere flying pico-nano satellite
CN114408217A (en) * 2022-01-26 2022-04-29 中国科学院空间应用工程与技术中心 A cargo spaceship for cargo transportation in space station and cargo transportation method
DE102017113058B4 (en) 2017-06-14 2023-04-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. space transport aircraft
CN117485507A (en) * 2023-12-29 2024-02-02 哈尔滨工程大学 Inerter position and rudder angle adjustable water inlet model
CN119527578A (en) * 2024-11-18 2025-02-28 中国运载火箭技术研究院 A large-scale plugging cover for drop point control
CN120039425A (en) * 2025-04-25 2025-05-27 北京宇航推进科技有限公司 Gesture rail control system and aircraft

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109014857B (en) * 2018-09-27 2024-01-19 杭州先锋电子技术股份有限公司 Automatic installation device of IPEX antenna and IPEX on-board antenna base
CN110471450B (en) * 2019-08-29 2020-07-14 大连理工大学 A method for direct planning of reentry trajectories within an altitude velocity profile
CN114735247B (en) * 2022-05-20 2022-08-23 精易兴航(北京)科技创新有限公司 Recoverable second grade carrier rocket of melon lamella dustcoat pneumatic separation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6193187B1 (en) * 1998-12-31 2001-02-27 Harry Scott Payload carry and launch system
RU2220077C2 (en) * 2001-12-29 2003-12-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" Manned spacecraft
RU2259308C1 (en) * 2004-02-18 2005-08-27 Сыромятников Владимир Сергеевич Recoverable spacecraft
US20100327108A1 (en) * 2007-11-29 2010-12-30 Astrium Sas Spacecraft afterbody device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6193187B1 (en) * 1998-12-31 2001-02-27 Harry Scott Payload carry and launch system
RU2220077C2 (en) * 2001-12-29 2003-12-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" Manned spacecraft
RU2259308C1 (en) * 2004-02-18 2005-08-27 Сыромятников Владимир Сергеевич Recoverable spacecraft
US20100327108A1 (en) * 2007-11-29 2010-12-30 Astrium Sas Spacecraft afterbody device

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10214303B1 (en) 2016-09-27 2019-02-26 Space Systems/Loral, Llc Low cost launch vehicle fairing
CN106444430A (en) * 2016-11-09 2017-02-22 上海宇航系统工程研究所 Control system and method for sublevel reentry of carrier rocket, and simulation system and method
CN106444430B (en) * 2016-11-09 2019-06-28 上海宇航系统工程研究所 The sub grade Reentry control system of carrier rocket one and method, analogue system and method
DE102017113058B4 (en) 2017-06-14 2023-04-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. space transport aircraft
CN107678445A (en) * 2017-10-17 2018-02-09 苏州诚满信息技术有限公司 A kind of intelligent Stage System and its control method based on unmanned plane
CN109264029A (en) * 2018-09-27 2019-01-25 宁波天擎航天科技有限公司 A kind of carrier rocket
CN109711069B (en) * 2018-12-29 2023-05-12 中国运载火箭技术研究院 A Reentry Prediction Method for the Last Stage of Launch Vehicle
CN109711069A (en) * 2018-12-29 2019-05-03 中国运载火箭技术研究院 A method for predicting the reentry of the last stage of a launch vehicle
CN110758730B (en) * 2019-10-23 2022-04-22 南京航空航天大学 Hypersonic aircraft and trajectory design thereof
CN110758730A (en) * 2019-10-23 2020-02-07 南京航空航天大学 A Hypersonic Vehicle and Its Ballistic Design
CN111174646A (en) * 2020-03-13 2020-05-19 北京星际荣耀空间科技有限公司 Rocket fairing recovery system and method
CN112977883B (en) * 2020-08-11 2023-10-17 中国科学院微小卫星创新研究院 Thin atmosphere flying Pina satellite
CN112977883A (en) * 2020-08-11 2021-06-18 中国科学院微小卫星创新研究院 Thin atmosphere flying pico-nano satellite
CN112270046A (en) * 2020-11-09 2021-01-26 北京机电工程研究所 Method for simulating separation track of protective cover of air inlet channel
CN112270046B (en) * 2020-11-09 2024-04-02 北京机电工程研究所 A simulation method for the separation trajectory of the inlet protective cover
CN112556515A (en) * 2021-02-19 2021-03-26 北京星际荣耀空间科技股份有限公司 Recovery system and method for rocket fairing
CN114408217A (en) * 2022-01-26 2022-04-29 中国科学院空间应用工程与技术中心 A cargo spaceship for cargo transportation in space station and cargo transportation method
CN114408217B (en) * 2022-01-26 2022-12-13 中国科学院空间应用工程与技术中心 Cargo spaceship and freight method for space station cargo transportation
CN117485507A (en) * 2023-12-29 2024-02-02 哈尔滨工程大学 Inerter position and rudder angle adjustable water inlet model
CN119527578A (en) * 2024-11-18 2025-02-28 中国运载火箭技术研究院 A large-scale plugging cover for drop point control
CN120039425A (en) * 2025-04-25 2025-05-27 北京宇航推进科技有限公司 Gesture rail control system and aircraft

Also Published As

Publication number Publication date
RU2479469C1 (en) 2013-04-20
RU2011135313A (en) 2013-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013039426A1 (en) Gliding spacecraft with folding nose fairing (variants) and method for controlling the return thereof to the landing field
EP1163152B1 (en) Payload carry and launch system
US6454216B1 (en) Reusable booster for the first stage of a launcher
US8528853B2 (en) In-line staged horizontal takeoff and landing space plane
CN101522525B (en) Aircraft with hybrid aerodynamic and space flight, and associated flight control method
RU2442727C1 (en) Reusable missile and aircraft unit and way to return it to spaceport
Polsgrove et al. Human mars entry, descent, and landing architecture study: Rigid decelerators
US7654489B2 (en) Lifting body aircraft and reentry vehicle with chines
Sippel et al. Advanced simulations of reusable hypersonic rocket-powered stages
US6948682B1 (en) Lifting body aircraft and reentry vehicle
ES2982704T3 (en) Spacecraft with optimized design and architecture
US3534924A (en) Variable geometry manned orbital vehicle
RU2769791C1 (en) Multi-element composite aerospace complex for vertical take-off and landing in the sea launch system
Burns HOTOL space transport for the twenty-first century
RU2753818C1 (en) Oceanic ship-aircraft missile system
Sippel et al. Preliminary definition of supersonic and hypersonic airliner configurations
RU2715816C1 (en) Accelerating carrier aircraft (versions)
Hunt et al. Airbreathing hypersonic systems focus at NASA Langley research center
RU2321526C1 (en) Launch vehicle recoverable booster
Nelms V/STOL concepts in the United States: Past, present, and future
RU2807624C1 (en) Multi-functional two-seat stealth aircraft
Orton Air-breathing hypersonics research at boeing phantom works
Nau A comparison of fixed wing reusable booster concepts
NELMS Studies of aerodynamic technology for VSTOL fighter/attack aircraft
Sumin et al. Project of Ariane 5 LV family advancement by use of reusable fly-back boosters (named “Bargouzine”)

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12832356

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12832356

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1