Многоразовый ракетоплан на орбите
Многоразовая авиационно-космическая система перед взлётом
после чего до 2030 г. будет продолжаться разработка крылатой возвращаемой второй ступени. Что же касается третьего этапа, то стоит отметить: технология комбинированной ДУ сложна и потребует для своей отработки порядка 15 лет. Этим и определяется срок ее готовности в плане 2035 год. Более подробная информация о китайских работах в области многоразовых космических систем на сегодняшний день отсутствует.
Skylon (проект)
Воздушно-космический самолёт Skylon на орбите
Skylon одноступенчатая авиационно-космическая система. Skylon должен взлетать с обычной взлетно-посадочной полосы (ВПП) и после набора высоты 25 км разгоняться до скорости, соответствующей числу М=5; в это время ДУ SABRE ожижает кислород из воздуха. Разогнавшись затем в стратосфере до М=25 и достигнув динамического потолка, Skylon переходит в суборбитальный полет. В апогее траектории двигатели ВКС запускаются повторно уже в режиме ракетных. Садиться Skylon тоже будет по-самолетному.
Концепция SABRE подразумевает создание силовой установки, имеющей возможность работать и как турбореактивный двигатель на малых скоростях полета, и как ракетный на высоких скоростях и больших высотах. Тяга создается за счет сжигания кислородно-водородной топливной смеси. Во время полета на малой высоте кислород будет забираться двигателем напрямую из воздуха, охлаждаясь в сложной системе многоконтурных теплообменников, работающих на жидком водороде и сжатом гелии, и ожижаться с помощью турбодетандеров. Затем, когда на большой высоте и скорости эффективность воздушно-реактивного двигателя падает, установка начинает работать в режиме жидкостной ракеты, потребляя компоненты (жидкий водород и накопленный жидкий кислород) из внутренних баков ВКС. Такой подход, по замыслу разработчиков, позволит экономить на массе средства выведения, а сам двигатель будет способен доставить аппарат прямиком на орбиту без использования многочисленных ступеней, обычных для традиционных одноразовых РН.
Общий вид
Таким образом, благодаря уникальным возможностям двигателя SABRE британский космоплан не только сможет выходить в космос без применения разгонных ступеней, внешних ускорителей или сбрасываемых топливных баков, но и осуществлять весь полет, используя один и тот же двигатель (точнее, два) на всех этапах, начиная с рулежки по аэродрому и заканчивая орбитальным участком.
Взлёт ВКС Skylon (сверху), Компоновка двигателя SABRE (снизу)
Это, как рассчитывают авторы проекта, резко снизит стоимость вывода грузов в околоземное пространство. К тому же у ВКС намного больше возможностей по выходу на разные орбиты ведь он не привязан к космодрому. Первоначально Skylon будет беспилотным грузовым транспортом для запуска спутников и доставки грузов на космические станции, а в будущем сможет применяться и для перевозки пассажиров. В этом случае с его помощью можно будет организовать надежное сообщение с орбитой,
Отделение полезной нагрузки
которое станет таким же обычным делом, как межконтинентальные полеты современных авиалайнеров.
Важнейшим компонентом SABRE должна стать компактная система предварительного охлаждения (СПО), которая сможет охлаждать поступающий забортный воздух с температурой более 1000°С до -140 -150°С всего за одну сотую секунды, причем предотвращая появление льда в холодном газе. У REL имеется некая «секретная технология», позволяющая при таком скоростном охлаждении избежать появления в воздухе кристалликов льда, способных забить теплообменник.
Что касается «Скайлона», то, по замыслу британцев, 83-метровый ВКС будет летать в автоматическом режиме, а в отдаленной перспективе и в пилотируемом, выводя на низкую орбиту груз весом около 17 т. Не отличаясь по конструкции от грузового, пилотируемый Skylon будет нести в грузовом отсеке обитаемый модуль SPLM (Skylon Payload & Logistics Module), оснащенный стыковочным узлом, совместимым с таковыми на МКС.
Интерьер пассажирского модуля
В верхней части SPLM конструкторы предлагают сделать иллюминаторы. Хотя при взлете и посадке створки грузового отсека ВКС, в котором окажется пассажирский модуль, закрыты, во время полета по орбите их можно будет открыть, а сам аппарат повернуть «на спину», чтобы пассажиры могли полюбоваться Землей. SPLM может вмещать от пяти до 24 человек, а также до трех тонн груза. Это будет или багаж пассажиров, совершающих космические трансконтинентальные перелеты, или припасы для МКС. При необходимости аппарат сможет оставаться на орбите пару недель и работать в качестве туристического лайнера. В отдаленной перспективе Skylon планируют использовать и для модернизации МКС: ракетоплан сможет не просто доставить фермы, солнечные батареи, антенны и другие элементы конструкции, но и поможет в их установке, обеспечивая длительное удержание во внешних захватах и манипуляции на пару с Canadarm. ВКС разрабатывается не только как универсальное средство доставки на орбиту любых грузов, но и как гиперзвуковой летательный аппарат многоцелевого назначения. Он будет способен выводить на низкую околоземную орбиту достаточно крупные спутники разного типа или наборы малых аппаратов, например до нескольких сотен «кубсатов».
Теплообменник двигателя SABRE
Стыковка ВКС Skylon с орбитальной станцией
Каждый спутник требуется вывести на свою орбиту, но вовсе не обязательно делать это при помощи самого ВКС. В грузовом отсеке Skylon может размещаться дополнительный транспортный модуль (межорбитальный буксир), доставляющий выводимые КА на заданные орбиты и возвращающийся обратно с минимальными затратами. После этого Skylon запустит программу возвращения: сойдет с орбиты с помощью двигателей и совершит планирующий спуск в атмосфере и посадку на ВПП. Не исключен и более «приземленный» вариант использования SABRE в качестве силовой установки гиперзвукового пассажирского авиалайнера Lapcat. Его разработку ведет крупнейший производитель самолетов европейский концерн Airbus. В октябре 2015 г. сообщалось, что Lapcat способен летать с крейсерским числом М=4.5 и доставлять пассажиров из Лондона в Нью-Йорк за час, а перелет из британской столицы в Сидней может занять всего четыре часа. Максимальная скорость полета, по расчетам, достигнет 6400 км/ч, а высота 28 км.
Посадка ВКС Skylon
Pegasus XL
Ракета-носитель Pegasus X
Pegasus (Пегас) американская крылатая ракета-носитель лёгкого класса воздушного старта. Разработана корпорацией Orbital Sciences Corporation. Старт производится с помощью специально оборудованного самолёта L-1011 Stargazer фирмы Lockheed Corporation. Отделение ракеты от самолёта-носителя происходит на высоте порядка 12 км. Легкий носитель Pegasus XL, оснащенный дополнительной жидкостной четвертой ступенью, способен доставить груз массой 165 кг на геопереходную орбиту. Твердотопливные двигатели трех ступеней Pegasus, а также крылья, хвостовой узел и обтекатель создала Hercules Aerospace.
Самолёт-носитель с ракетой перед стартом
Разработку большей части узлов провела группа под руководством доктора Антонио Элиаса (Antonio Elias), крыло же спроектировали в фирме Scaled Composites под руководством Берта Рутана (Burt Rutan). Аэродинамическая схема ракеты была определена только численными методами без продувок в аэродинамических трубах. Ракета проектировалась на уже освоенной элементной базе, позволявшей сократить до минимума стендовую отработку.