Есть такое высказывание, что технически совершенное творение – прекрасно и эстетически. Это в полной мере относится к бомбардировщику «Белый лебедь».
Это самолет с уникальными характеристиками. Он лучший в мире в своем классе. Его грузоподъемность 45 т, скорость полета 0.619 км/с, высота полета 16000 м. С такими летными характеристиками ему по плечу любые задачи.
Нас интересует космическая задача: какую массу полезного груза можно вывести с помощью этого самолета на стандартную НОО - околоземную орбиту высотой 200 км.
Рассмотрим двух ступенчатую ракету-носитель со стартовой массой 45 т. Первая ступень выводит вторую ступень с полезным грузом на позицию старта в космос, а вторая ступень с полезным грузом выходит на орбиту.
Расчет начинаем с проектирования ракеты.
Проектные зависимости были показаны в более ранней публикации
Этот расчет показывает, что оптимальная ракета должна иметь безразмерный запас топлива первой ступени около 0.5, что обеспечит безразмерную массу полезного груза около 0.085.
В соответствии с этим расчетом при стартовой массе РН 45т масса топлива первой ступени составляет 22.5 т, масса конструкции 2,5 т. Следовательно масса первой ступени 25 т, а второй ступени 20 т.
Для проверки этих предварительных данных проведем расчет траектории РН после старта с самолета-носителя. Результаты расчета траектории первой ступени показаны на рисунке ниже.
На верхнем рисунке три кривые соответственно суммарная скорость полета Sc.VMAG, горизонтальная и вертикальная скорости Sc.Vx, Sc.Vz. Из этого расчета видим, что первые 5 сек происходит горизонтальный полет для стабилизации РН, а затем происходит набор горизонтальной и вертикальной скорости. Полет заканчивается на высоте 22 км при скорости 2.5 км/с, после чего первая ступень отделяется и стартует вторая ступень.
Вторая ступень продолжает набор высоты до выхода на орбиту радиуса Sc.RMAG=6570 км, соответствующего высоте 200 км.
При этом суммарная скорость полета РН достигает значения потребной орбитальной скорости Sc.VMAG=7.78 км/с.
Таким образом, ракета, стартующая с самолета Ту-160, выходит на требуемую орбиту, безразмерная масса топлива второй ступени составляет 0.889567, что обеспечивает конечную массу ракеты 2.987794 т, в которую входит масса конструкции второй ступени 0.55 т и масса полезного груза 2.738 т. В безразмерном виде эта масса соответствует значению 0,0608. Это конечно меньше, чем в предварительном расчете, однако следует иметь ввиду, что проектирование – процесс итерационный.
Заметим, что при вертикальном старте с космодрома спроектированной нами здесь ракеты, безразмерная масса полезного груза составит 0.045.
Разница в значениях безразмерной массы полезного груза показывает эффект от горизонтального старта с самолета-носителя. Он составляет значение до 25,7%.
Как Вам такой результат, уважаемый читатель?
Если понравился расчет, подпишитесь на канал.
У нас будет еще много интересного!