Выбор оптимального коэффициента тяговооруженности первых ступеней ракет-носителей сверхлегкого класса

Ракеты-носители сверхлегкого класса относятся к самым эффективным средствам доставки малых спутников на целевые орбиты. Среди частных задач баллистического проектирования, решаемых на ранних этапах разработки новых образцов сверхлегких носителей, весьма актуальным является выбор наиболее выгодного сочетания проектно-баллистических параметров. Под ними обычно понимают совокупность минимального числа параметров, которые при заданной массе полезной нагрузки однозначно определяют траекторию движения ракеты-носителя и ее массово-энергетические характеристики. Рассмотрены вопросы, связанные с выбором стартовой нагрузки на тягу (коэффициента тяговооруженности) первых ступеней одноразовых ракет-носителей сверхлегкого класса. Этот параметр не входит в состав формулы Циолковского, он определяет потери характеристической скорости на гравитацию, аэродинамику и противодавление. В связи с этим его влияние на конечную скорость ракеты не так существенно по сравнению с такими параметрами, как пустотный удельный импульс или относительная конечная масса первой ступени. Выбор оптимального коэффициента тяговооруженности ракеты-носителя является ответственной задачей, так как от него зависит не только масса, но и стоимость проектируемого изделия. Кроме пустотного удельного импульса, относительной конечной массы и коэффициента тяговооруженности на тягу к проектно-баллистическим параметрам первой ступени относятся удельный импульс тяги у поверхности Земли (или коэффициент высотности двигательной установки) и нагрузка на мидель.

Литература

[1] Алифанов О.М., Медведев А.А., Соколов В.П. Малые космические аппараты как эволюционная ступень перехода к микро- и наноспутникам. Труды МАИ, 2011, № 49. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=28112

[2] Пайсон Д.Б. Малые спутники в современной космической деятельности. Технологии и средства связи, 2016, № 6, с. 64–69.

[3] Проценко П.А., Хуббиев Р.В. Методика оценивания эффективности применения орбитальных систем малых космических аппаратов оптико-электронного наблюдения. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2020, № 1, с. 29–41, doi: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2020-1-29-41

[4] Гансвинд И.Н. Малые космические аппараты — новое направление космической деятельности. Международный научно-исследовательский журнал, 2018, № 12–2, с. 84–91.

[5] Петрукович А.А., Никифоров О.В. Малые спутники для космических исследований. Ракетно-космическое приборостроение и информационные методы, 2016, т. 3, № 4, с. 22–31.

[6] Каширин А.В., Глебанов И.И. Анализ современного состояния рынка наноспутников как прорывной инновации и возможности его развития в России. Молодой ученый, 2016, № 7, с. 855–867.

[7] Клюшников В.Ю. Ракеты-носители сверхлегкого класса: ниша на рынке пусковых услуг и перспективные проекты. Воздушно-космическая сфера, 2019, № 3, с. 58–71, doi: https://doi.org/10.30981/2587-7992-2019-100-3-58-71

[8] Концепции РН СЛК и разгонного блока, представленные на конкурс Аэронет. Круглый стол. URL: https://www.youtube.com/watch?v=W3HoGVPVt4o (дата обращения: 15.12.2022).

[9] Солодовников А.В., Акишин И.В., Голубятник В.В. и др. Оценка концепции создания жидкостного ракетного двигателя на основе инновационных технологий. Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2017, т. 16, № 2, с. 127–134, doi: https://doi.org/10.18287/2541-7533-2017-16-2-127-134

[10] Wekerle T., Filho J.B.P., Loures L. et al. Status and trends of smallsats and their launch vehicles — an up-to-date review. J. Aerosp. Technol. Manag., 2017, vol. 9, no. 3, pp. 269–286, doi: https://doi.org/10.5028/jatm.v9i3.853

[11] Hertzfeld H.R. The state of space economic analyses: real questions, questionable results. New Space, 2013, vol. 1, no. 1, pp. 21–28, doi: https://doi.org/10.1089/space.2013.0003

[12] Черный И. Electron готовится к первому пуску. Новости космонавтики: журнал, 2017, т. 27, № 5, с. 45.

[13] Аппазов Р.Ф., Лавров С.С., Мишин В.П. Баллистика управляемых ракет дальнего действия. Москва, Наука, 1966. 305 с.

[14] Алифанов О.М., ред. Баллистические ракеты и ракеты-носители. Москва, Дрофа, 2004. 512 с.

[15] Матвеенко А.М., Алифанов О.А., ред. Основы проектирования летательных аппаратов (транспортные системы). Москва, Машиностроение, 2005. 375 с.

[16] Феодосьев В.И. Основы техники ракетного полета. Москва, Наука, 1979. 496 с.

[17] Мухамедов Л.П. Основы проектирования транспортных космических систем. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019. 265 с.

[18] Мухамедов Л.П., Кириевский Д.А. Приближенная методика проектировочного баллистического расчета первых ступеней ракет-носителей. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2020, № 6, с. 67–77, doi: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2020-6-67-77

[19] Muhamedov L.P., Kirievskii D.A. An approximate determination of the characteristic velocity losses and the positioning of the end of the launching phase of the first stages of launch vehicles. AIP Conf. Proc., 2021, vol. 2318, art. 020001, doi: https://doi.org/10.1063/5.0036342

[20] Петров К.П. Аэродинамика транспортных космических систем. Москва, Эдиториал УРСС, 2000. 368 с.

[21] Мухамедов Л.П., Кириевский Д.А. Приближенная методика проектировочного баллистического расчета двухступенчатых ракет-носителей. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2022, № 2, с. 94–104, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2022-2-94-104

[22] Сердюк В.К., Медведев А.А., ред. Проектирование средств выведения космических аппаратов. Москва, Машиностроение, 2009. 504 с.

[23] Кирилин А.Н., Ахметов Р.Н., Куренков В.И. Выбор основных проектных характеристик и формирование конструктивного облика ракет-носителей. Самара, Изд-во СамГТУ, 2015. 448 с.