الأمثل إطلاق الصواريخ مفهوم من الطائرة
مقالات
الأمثل إطلاق الصواريخ مفهوم من الطائرة

تحسين مفهوم مركبة الإطلاق من الطائرة.

 

الكاتب: ايغور ماكاروف.

 

جزء 1.

 

جزء 2. جزء 3. جزء 4. جزء 5.

المقال مخصص لفكرة إنشاء مطار فضائي متنقل، مع الأخذ في الاعتبار إمكانية إنشائه على أساس طائرة و-225 وصواريخ Cyclone-4 الأوكرانية الصنع. تتناول المقالة استراتيجية إطلاق مركبة الإطلاق من الطائرة وتقدم الحسابات والرسوم البيانية اللازمة.

تكمن أهمية المقالة في النوع المقترح لإطلاق مركبة الإطلاق من الطائرة، والذي يوفر مزيجًا من طريقتين مختلفتين لإطلاق مركبة الإطلاق من الطائرة. في الجزء الأول من مساره، يطير الصاروخ مثل الطائرة. يتغلب الصاروخ على الجزء الثاني من المسار بمساعدة مظلة الكبح وبفضلها يصل إلى الموضع اللازم للإطلاق.

استخدمت الدراسة تقنية بناء نموذج رياضي في بيئة البرمجة دلفي-7 بلغة باسكال. قام المؤلف ببناء أول نموذج رياضي لرحلة مركبة إطلاق ذات جناح بعد انفصالها عن الطائرة. تم إنشاء النموذج الرياضي الثاني لوصف رحلة مركبة الإطلاق بعد إطلاق أسطح الرفع والفرملة مع الدوران إلى الموضع المطلوب للإطلاق اللاحق.

الكلمات المفتاحية: الإطلاق الجوي، مركبة الإطلاق، النموذج الرياضي، الأسطح الحاملة، مظلة الكبح، الجناح البيضاوي، الطائرة.

يرتبط تاريخ الطيران العالمي ارتباطًا وثيقًا ببلدنا. في عام 1910 من القرن الماضي، قام المهندس ألكساندر كوداشيف في كييف ببناء أول طائرة قادرة على القيام فعليًا برحلة يتم التحكم فيها (عندما يتحكم الطيار في الطائرة باستخدام عجلة القيادة).

وفي كييف أيضًا، بدأ إيجور إيفانوفيتش سيكورسكي المشهور عالميًا مسيرته المهنية في مجال الطيران. لا يقل شهرة أوليغ كونستانتينوفيتش أنتونوف، الذي ابتكر أكبر طائرات النقل في العالم An-124 و An-225، المعروفة خارج حدود الاتحاد السوفييتي، عمل أيضًا في أوكرانيا لسنوات عديدة وابتكر طائرات الطيران والعلمية الأكثر تطورًا وحداثة المجمع الفني الذي يحمل اسمه - مؤسسة حكومية تحمل اسم O.K.Antonov.

تعد بلادنا أيضًا قوة فضائية ، لأن عمالقة صناعة الفضاء مثل Yuzhnoye Design Bureau و Yuzhmash يعملون في بلدنا ، والذين لا يشاركون فقط في إنتاج مركبات الإطلاق والأقمار الصناعية ، ولكن أيضًا ينتجونها في مصنع تسلسلي. وبفضل هذه المؤسسات، تشارك أوكرانيا في العديد من المشاريع الدولية، مثل مشروع نوع جديد من محركات فيغا (تحت رعاية وكالة الفضاء الأوروبية)، والإطلاق البحري (إطلاق مركبة إطلاق من منصة بحرية في البحر الأبيض المتوسط). المحيط الهادئ)، حيث يُستخدم الصاروخ الأوكراني Zenit-3SL كحامل رئيسي للأقمار الصناعية، ومعالجة الصواريخ الباليستية العابرة للقارات "دنيبر" لإطلاق الأقمار الصناعية الصغيرة؛ مشروع Cyclone-4 مع وكالة الفضاء البرازيلية لعمليات الإطلاق من موقع الإطلاق Alcantara والعديد من المشاريع الأخرى.

تقترح هذه المقالة مشروعًا جديدًا يسمى Air Launch. وينص المشروع على إطلاق مركبة الإطلاق Cyclone-4 من طائرة An-225 Mriya.

العنصر الاقتصادي للمشروع

إن فكرة إطلاق مركبة إطلاق من طائرة ليست جديدة، لأنه في القرن العشرين في دول مثل الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة الأمريكية، طور العلماء مشاريع تعتمد على طائرات مختلفة، ولكن بسبب المخاطر العديدة العوامل، لم يتم تنفيذ أي من المشاريع. إلا أن فكرة بناء ميناء فضائي متنقل تم تنفيذها في مشروع Sea Launch الدولي. وهي عبارة عن منصة نفطية بحرية محولة، تقع في المياه المحايدة للمحيط الهادئ ولديها القدرة على التحرك لتكون أقرب ما يمكن إلى خط الاستواء أثناء إطلاق مركبة الإطلاق، لأن كل درجة انحراف عن ويؤدي خط الاستواء إلى زيادة السرعة بمقدار 100 م/ث، مما يؤثر سلباً على قدرات الطاقة لمركبة الإطلاق. 

 

سفينة القيادة (خلف المنصة) ومنصة الإطلاق لـ Sea Launch International Cosmodrome. 

سفينة القيادة (خلف المنصة) ومنصة الإطلاق لـ Sea Launch International Cosmodrome.

 

وبفضل نقل مركبة الإطلاق هذه، يصل التوفير في إطلاق مركبة الإطلاق من الطائرة إلى ما يقرب من 2-2,5 مليون دولار.

 

إطلاق الإستراتيجية

 

الإطلاق الجوي - طريقة إطلاق الصواريخ أو الطائرات من ارتفاع عدة كيلومترات، حيث يتم تسليم مركبة الإطلاق. غالبًا ما تكون مركبة التوصيل عبارة عن طائرة أخرى، ولكن يمكن أيضًا استخدام بالون أو منطاد.

من "الإطلاق الجوي"، ينبغي الإشارة بشكل خاص إلى "الإطلاق الجوي إلى المدار". الإطلاق الجوي إلى المدار هو وسيلة لإطلاق مركبات الإطلاق و/أو المركبات الفضائية عاليًا في الهواء من الطائرات النفاثة ذات الإقلاع الأفقي، سواء كانت دون سرعة الصوت أو فوق سرعة الصوت. عند استخدامها للإطلاق المداري، تتمتع هذه الطريقة بمزايا هائلة مقارنة بصواريخ الإطلاق الرأسية التقليدية، بما في ذلك انخفاض كتلة الصاروخ وقوة رد الفعل وتكلفة الصاروخ.

على الأرض، يتم تحميل مركبة الإطلاق مع أسطح الرفع المرفقة على متن الطائرة باستخدام آلية رفع خاصة (تشبه في التصميم منصة الرفع الخاصة بالسفينة المدارية بوران، والتي تم استخدامها لرفع الحمولة (بوران) إلى ارتفاع 25 متر، وخفضها بالرافعات إلى الارتفاع اللازم للتحميل وربط السفينة بالطائرة). توجد مخططات لهذه الأجهزة، مما يسهل تنفيذ هذا التطوير. 

وبعد هذه العمليات، تقلع الطائرة وتتجه إلى منطقة الإطلاق. عند حدود منطقة الإطلاق، يجب أن ترتفع الطائرة إلى 10000 متر وتصل إلى السرعة المطلوبة (المحسوبة) (860 كم/ساعة). عند الوصول إلى مؤشرات الطيران هذه، تتحول الطائرة إلى نظام التحكم الآلي، ويتم عرضها بزاوية ميل قدرها 10 درجات. عند هذه النقطة، يقوم النظام التلقائي بتحرير الأقفال التي تثبت مركبة الإطلاق على الطائرة. وستكون الخطوة التالية هي مغادرة الداعم ومناورة الطائرة. تقوم الطائرة بمناورة هبوط مراوغة، بينما يقوم المعزز بمناورة الحدبة. يتم وصف مناورة مركبة الإطلاق أدناه. يجب الرجوع إلى مناورة الطائرة بعد إطلاق الصاروخ، حيث تبدأ الطائرة بالفرملة والنزول مع لفة متزامنة إلى الجانب (يعتمد الجانب الأيسر أو الأيمن من اللفة على اتجاه الريح لحظة إطلاق مركبة الإطلاق) يتم إطلاقه من الطائرة). الصاروخ، بعد أن وصل إلى أقصى ارتفاع للمناورة، يبدأ في النزول واكتساب السرعة. وتعود الطائرة التي تغادر مسار الصاروخ إلى المطار. يتم تثبيت الصاروخ بمساعدة أدوات التحكم (الجنيحات والمصاعد والدفة) ويلتزم بمسار معين. بعد الوصول إلى الارتفاع، عندما يكون للصاروخ زاوية ميل صغيرة (حسب الحساب - 9360 مترًا)، يتم إطلاق أسطح الرفع وتحرير مظلة الكبح. وبعد فتح مظلة الكبح، تستمر سرعة الصاروخ الحامل في الانخفاض ويدور الصاروخ ليصل به إلى وضع عمودي بالنسبة إلى مركز الثقل. بعد تنفيذ مثل هذه الإجراءات، يطلق المعزز المحركات الرئيسية للمرحلة الأولى، ويطلق مظلة الكبح ويبدأ الطيران في الوضع العادي.

تطورات واستراتيجيات الإطلاق الجوي المماثلة

نظر المؤلف فقط في نظائرها التي أطلقت صواريخ لا يقل وزنها عن 15 طنا، لأن مركبات الإطلاق هذه هي التي تتمتع بخصائص الطاقة اللازمة للاستخدام التجاري. في الستينيات وما بعدها في الولايات المتحدة، تم إنشاء طائرات صاروخية تجريبية تم إطلاقها من طائرات حاملة، بما في ذلك أول طائرة تفوق سرعتها سرعة الصوت - الطائرة الفضائية المأهولة دون المدارية North American X -1960، وكذلك Bell X -15، وLockheed D - 1 Boeing X - 21 وآخرون. وكانت هناك أنظمة مماثلة (ولكن ليست دون مدارية) أيضًا في فرنسا (ليدوك) وبلدان أخرى. تم استخدام الإطلاق الجوي لاختبار الطائرة الفضائية إنتربرايز في البرنامج واسع النطاق لنظام النقل الفضائي القابل لإعادة الاستخدام لمكوك الفضاء. كان أول التصميمات التفصيلية لـ AKC التي تم إطلاقها من الجو هو النظام الحلزوني غير المحقق في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي من طائرة معززة تفوق سرعتها سرعة الصوت، ومركبة إطلاق، وطائرة مدارية. تم استخدام الإطلاق الجوي لتحليق طائرة دون سرعة الصوت نظير طائرتها المدارية.

المشاريع الأمريكية: تم تطبيق نظام Pegasus (PH) / L-1011 (الطائرات) في الولايات المتحدة الأمريكية منذ فترة طويلة. تم تطويره بواسطة شركة أوربيتال ساينسز. ويتم الإطلاق بمساعدة طائرة L-1011 من شركة لوكهيد، المجهزة خصيصًا لهذا الغرض. ويتم فصل الصاروخ عن الطائرة الحاملة على ارتفاع 12 كم. كتلة الحامل - 18500 كجم (بيغاسوس)، 23130 كجم (بيغاسوس XL). كتلة الحمولة التي وضعتها حاملة بيغاسوس في مدار أرضي منخفض تصل إلى 443 كجم. تكلفة الإطلاق (لعام 1994) - 11 مليون دولار أمريكي. من عام 1990 إلى عام 2008، تم تنفيذ 40 عملية إطلاق فقط لحاملة بيغاس مع إطلاق أقمار صناعية في المدار، منها 3 عمليات إطلاق لم تنجح. ويجري تطوير نظام آخر وهناك مشاريع أخرى لـ ACN.

 

طائرة لوكهيد 1011 ومركبة الإطلاق بيغاسوس

طائرة لوكهيد 1011 ومركبة الإطلاق بيغاسوس

 

المشاريع الروسية الأوكرانية: في روسيا، تم اقتراح المشروعين التفصيليين المطورين AKS BAKS و"Air Launch". في المشروع الأول يتم إطلاق طائرة فضائية بالوقود الخارجي من الطائرة فائقة الثقل An-225 (325) Mechta. العنصر الرئيسي للمشروع الثاني هو طائرة ثقيلة من طراز An-124-100Vse Ruslan مُعاد تجهيزها خصيصًا، والتي منها على ارتفاع حوالي 10 كم، وفقًا لمكتب التصميم الذي صممه مركز الصواريخ الحكومي. يتم تنفيذ تقنية Makeev، ما يسمى بإطلاق "هاون" لصاروخ حامل، والذي يسلم حمولة إلى المدار المحسوب. وهناك أيضًا مشاريع "بورلاك" وغيرها، حيث يتم إطلاق مركبة إطلاق مع أقمار صناعية من مختلف الطائرات الحاملة Tu-160، An-124، Tu-22M.

المشاريع الأوكرانية: في أوكرانيا، باستخدام الطائرات الحاملة An-225، تم تطوير مشاريع AKS "Svityaz" (RN Zenit) وAKRK "Orel" و"Lybid" (طائرة فضائية مجنحة). يتم تطوير الطائرة الحاملة An-225-100 بواسطة شركة Oleg Antonov ASTC وهي عبارة عن تعديل للطائرة الأساسية An-225 Mriya. يتم تركيب معدات خاصة على متن الطائرة لتركيب مركبة الإطلاق فوق جسم الطائرة، ويتم وضع معدات الإطلاق الموجودة على متن الطائرة والمشغلين اللازمين لإطلاق مركبة الإطلاق داخل الكبائن المضغوطة. تم إنشاء مركبة الإطلاق "Svityaz" على أساس مكونات وتجميعات وأنظمة مركبة الإطلاق "Zenith". تم بناؤه وفقًا لمخطط من ثلاث مراحل. ويستخدم مكونات وقود غير سامة - الأكسجين السائل والكيروسين. عند إطلاق المركبة الفضائية إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض، تكون مركبة الإطلاق مجهزة بمرحلة أوج تعمل بالوقود الصلب.

AKRK "Orel" هو مجمع فضائي من مرحلتين. كمرحلة أولى من هذا المجمع، ستكون هناك طائرة حاملة تم تطويرها من قبل مجمع كييف العلمي والتقني للطيران الذي يحمل اسمه. أوه كيه أنتونوفا آن - 124 ("رسلان"). أما المرحلة الثانية فستكون عبارة عن مركبة إطلاق حمولة تم تطويرها من قبل مكتب تصميم دنيبروبتروفسك يوزنوي، والتي سيتم إطلاقها من جسم الطائرة الحاملة.

في المراحل الأولى من إنشاء المركبة الفضائية الأوكرانية AKRK "Orel" ستكون هناك مركبة فضائية يمكن التخلص منها. وفي المستقبل، سيتم أيضًا إطلاق مركبات فضائية متعددة إلى الفضاء وإعادتها إلى الأرض. على عكس "المكوك" و "بوران"، لن يتم إطلاق الصاروخ الحامل من التعليق الخارجي للطائرة الحاملة، ولكن من وسطها، أي من جسم الطائرة. لم يكن لدى العالم حتى الآن مثل هذه الحلول العلمية والتقنية. يتمتع مثل هذا المخطط لإطلاق حمولة في مدار قريب من الأرض بعدد من المزايا التي لا يمكن إنكارها. هذه هي التصميم الديناميكي الهوائي المحسّن لـ AKRK ككل، والسلامة الأعلى لفصل المرحلة الثانية في شكل مركبة إطلاق، والمؤشرات الفنية والاقتصادية الأكثر مثالية، والسرية الأعلى لأداء AKRK للمهام ذات الاستخدام المزدوج (سواء كانت علمية وتجارية بحتة، وخاصة للأغراض العسكرية).

 المشروع الكازاخستاني الروسي: كازاخستان تقترح مشروع AKS "إيشيم" (MiG-31 + RN). تم إنشاء مشاريع AKS مع الإطلاق الجوي للطائرات الفضائية في ألمانيا (Zenger -2)، واليابان (ASSTS)، والصين (النموذج الأولي Shenlong وAKS من الجيل التالي)، وما إلى ذلك. يتم إطلاق طائرات الفضاء شبه المدارية الخاصة SpaceShipOne، وSpaceShipTwo، وM -55 مع المساعدة في الإطلاق الجوي ومشاريع أخرى مماثلة. من المتوقع إطلاق جوًا من منطاد صاروخ مأهول دون مداري في مشروع Stabilo ARCASPACE الروماني.

المنافس الرئيسي لاستراتيجية الإطلاق المقترحة في الورقة هو الطائرة الروسية، التي تستخدم الطائرة An-124-100Vse، لأن نظيرتها الأمريكية لديها وزن حمولة أقل بمقدار 10 مرات. العامل الرئيسي الذي يمنع التنفيذ والاستخدام التجاري لاستراتيجية الإطلاق الروسية هو عدم إطلاق "قذائف الهاون" للصواريخ من الطائرات. الآن يعمل المتخصصون الروس على حل هذه المشكلة. ومن المقرر أن يتم الإطلاق الأول في عام 2015.

 

وضع مركبة الإطلاق في الطائرة و-124 رسلان.

وضع مركبة الإطلاق في طائرة An-124 Ruslan.

 

طائرات النقل العالمية الثقيلة An - 225 "Mriya"

 

بدأ تطوير طائرة مصممة لتحريك عناصر كبيرة الحجم من الأنظمة الفضائية (بما في ذلك VKS Energia-Buran) في عام 1985. تمت الرحلة الأولى للطائرة An-225، التي تم بناؤها في مصنع كييف للطيران، في 21 ديسمبر 1988، وفي 13 مايو 1989، كانت الطائرة An-225 قد نقلت بالفعل بوران من جوكوفسكي إلى قاعدة بايكونور الفضائية. تم تسجيل 106 أرقام قياسية عالمية على هذه الطائرة.

تصميم الطائرة

جسم الطائرة. يتكون من طابقين: في الأعلى توجد مقصورة للطاقم وكابينة للموظفين المرافقين، وغرف وسائل الراحة (مطبخ، وخزانة ملابس، ومرحاض)، وفي الأسفل - مقصورة شحن. يمكنها استيعاب حمولات يصل وزنها إلى 250 طنًا. لضمان التحميل والتفريغ، يتم استخدام فتحة البضائع الأمامية والمنحدر.

جناح. يتكون الجناح من ألواح مضغوطة طويلة (يصل طولها إلى 30 مترًا). ترتبط الألواح مع بعضها البعض بمثبت من التيتانيوم، مما يضمن إحكامها ومستوى عالٍ من المقاومة.

ريش الطائرة. عارضة اثنين. يبلغ طول المثبت 30 مترًا، ويحتوي على غواص، وهو مصنوع من ألواح مضغوطة وألواح من سبائك الألومنيوم المدرفلة. يتكون المصعد من ستة أقسام، ثلاثة من كل وحدة. المصعد - من قسمين على كل عارضة.

الهيكل. يتكون من جهاز هبوط أمامي ذو عمودين وأربعة عشر عمودًا رئيسيًا. تتمتع جميع الرفوف بالقدرة على فصل الإطلاق لتجنب الهبوط بدون معدات الهبوط. تم أيضًا تثبيت نظام التحكم في الكتلة والتوازن على الهيكل. الفرامل من الكربون.

محركات. تم تجهيز الطائرة An-225 بمحركات D-18T (قوة دفع محرك واحد 23,06 طن). محرك توربيني ثلاثي الأعمدة مع استهلاك وقود يبلغ 0,57 كجم كجم من الدفع سنويًا في وضع الإبحار.

الأنظمة. جميع أنظمة الطائرات مؤتمتة للغاية وتتطلب الحد الأدنى من اهتمام الطاقم أثناء الرحلة. ويدعم أدائها 34 جهاز كمبيوتر على متن الطائرة. توفر أنظمة الملاحة الجوية والأنظمة التقنية اللاسلكية التحكم في الطائرة في الأوضاع الأوتوماتيكية واليدوية في جميع مراحل الرحلة، بالإضافة إلى معالجة وإصدار جميع معلومات الطيران والملاحة اللازمة للأنظمة الموجودة على متن الطائرة وللضوء. المؤشرات في قمرة القيادة. يشتمل نظام التحكم على نظام تحكم كهروهيدروليكي في الدفة مع تكرار رباعي ونظام تحكم طيران سلكي لميكنة الجناح مع تكرار مزدوج. يتكون المجمع الهيدروليكي من أربعة أنظمة هيدروليكية رئيسية واثنين من الأنظمة الهيدروليكية الاحتياطية التي تضمن عمل أسطح التوجيه وميكنة الأجنحة ورفع وتحرير معدات الهبوط وفتح وإغلاق الفتحات والأبواب. 

Avia.pro

 

.

مدونة ومقالات

الطابق العلوي