НИИ ПФМ ХАИ

  




Малая авиационно-ракетная космическая система "МАРКС"

 

     Актуальность проекта “МАРКС”:
     Вследствие уменьшения массы, габаритов и энергопотребления электронных компонентов стремительно увеличивается количество предложений для вывода на низкие околоземные орбиты малых космических спутников;
На мировом рынке космических пусковых услуг практически отсутствуют специализированные, оперативные и экономные средства вывода малых спутников на низкие околоземные орбиты
 
Цель проекта “МАРКС”:
Обеспечить оперативный и экономный вывод малых космических спутников на низкие околоземные орбиты путём создания в рамках кооперации ведущих ВУЗов и предприятий Украины малой авиационно-ракетной космической системы (МАРКС)
 
Состояние проекта “МАРКС”:
В конце 2012-го года НИИ ПФМ ХАИ подготовил инициативное инженерное предложение по реализации системы “МАРКС” на базе предыдущего опыта и современного потенциала ведущих ВУЗов и предприятий Украины авиационной и ракетно-космических отраслей;
Длительность выполнения работ стадии "Концептуальный проект" системы "МАРКС" с даты утверждения ТТЗ – 12 месяцев;
Предварительная цена работ стадии "Концептуальный проект" системы "МАРКС" – не менее 3 млн. грн.;
Потенциальные спонсоры (инвесторы) выполнения работ стадии "Концептуальный проект" системы "МАРКС": Государственное космическое агентство Украины, Министерство образования и науки  Украины, ГП "КБ "Южное", НПГ "Днепротехсервис",  АНТК "Антонов", АО "Мотор Сич", НПК "ФЭД", ХГАПП "ХАЗ", фонд Л.Д. Кучмы, и др.

 

 

 

 

Потенциальные потребители услуг запуска  малых космических спутников

 

 
Военные структуры – требования по запуску малых космических спутников:
•масса спутников: до 100 кг (на 2002-й год);
•высокая оперативность: время от получения команды на запуск
до начала полёта – не более 48 ч.;
•основные орбиты КА: низкие круговые, в основном полярные и
солнечно-синхронные
 
Коммерческие структуры – требования по запуску малых космических спутников:
•масса спутников – до 50 кг;
•плановость и регулярность;
•основные орбиты КА – различные низкие, в основном круговые
 
Университеты – требования по запуску малых космических спутников:
•масса спутников – до 10 кг;
•регулярность;
•основные орбиты КА – любые низкие круговые
 
Персональные спутники – требования по запуску
малых космических спутников:
•масса спутников – до 1 кг;
•регулярность;
•основные орбиты КА – любые низкие круговые
 
Микроспутник MS-Ex (до 27 кг) разработки
ГП «КБ «Южное» и университета «КПИ» (2004 г.)
 Типовой модульный наноспутник CubeSat
(10х10х10 см, 1 кг) разработки Стэнфордского ун-та
 Персональный  фемтоспутник Sprite
(2,5х2,5 см, 0,05 кг) разработки Корнельского университета

 

 

Существующие и разрабатываемые средства запуска малых космических спутников
 
Действующая система “Pegasus” компании  Orbital Sciences Corporation (США) для вывода на низкие орбиты малых спутников (до 440 кг) 
       Проблемы:
•высокая цена одной миссии по запуску КА:   ~ 20 000 000 долл. США
•высокая цена доставки 1 кг полезного груза на орбиту: минимум 45 000 долл. США
•низкая оперативность: для планирования полёта необходимо несколько месяцев
•малая регулярность полётов: максимум 6 в год в период с 1990 г. по 2011 г.
 
Кластерный запуск малых спутников с эксплуатируемых ракет-носителей (“Днепр”, “Ariane”, “Atlas” и пр.)
       Проблемы:
•низкая оперативность: для планирования запуска КА необходимо несколько лет
•ограниченные возможности выбора типа орбиты (определяется основной миссией РН)
•малое количество полётов в год и низкая регулярность полётов
 
Разрабатываемые перспективные средства для вывода на низкие орбиты малых космических спутников (проекты RASCAL, F-15 MSLV, МиГ-31И “Ишим” и др.)
       Преимущества:
•высокая оперативность
•возможность вывода малых КА на нужную орбиту
•низкая цена миссии и доставки 1 кг полезного груза на орбиту
       Проблемы:
•проекты не завершены или приостановлены
•практическое отсутствие перспектив завершения проектов и ввода разрабатываемых систем в регулярную эксплуатацию
 

 

Технические предпосылки реализации в Украине малой авиационно-ракетной системы
 
•Базовый технический задел:  ЖРД РД-8 разработки ГП “КБ”Южное”. Хорошо отработанный ЖРД, работающий на нетоксичных компонентах топлива, обладающий высоким удельным импульсом, высокой надёжностью и большим ресурсом;
 
•Выполнена проработка ГП “КБ”Южное” по ЖРД РД-8М: повышена тяга двигателя по сравнению с базовым РД-8, двигатель скомпонован более компактно, допустимо использование двигателя в качестве маршевого на первой ступени;
 
•Наличие в ГП “КБ”Южное” большой номенклатуры малых камер сгорания ЖРД, на базе которых может быть разработаны маршевые ракетные двигатели нужной тяги для верхних ракетных ступеней системы МАРКС;
 
•Наличие задела в Украине по ракетным двигателям твёрдого топлива (РДТТ), на базе которого могут быть разработаны маршевые ракетные двигатели нужной тяги для верхних ракетных ступеней системы МАРКС (как альтернатива ЖРД);
 
•Опыт и техническая база НИИ ПФМ ХАИ по созданию и испытаниям беспилотных (дистанционно-пилотируемых) масштабных динамически-подобных моделей взлётной массой до 1 200 кг перспективных самолётов
ОКБ им. П.О. Сухого, им. А.И. Микояна, им. В.М. Мясищева;
 
•Совместный опыт ГП “КБ”Южное” и НИИ ПФМ ХАИ по разработке концептуального проекта составных частей транспортно-космической системы на базе высотного (до 30 км) и высокоскоростного (>4М) беспилотного ЛА (БПЛА). Разработаны методики обоснования облика БПЛА, расчёта его аэродинамических характеристик до скоростей 6М, математического моделирования траекторий полёта БПЛА и пр. Обоснован облик комплекса навигации, управления и радиосвязи (КУС) БПЛА ТКС. Предложен поэтапный плана экспериментальной отработки БПЛА и КУС БПЛА ТКС на технической базе ГП “КБ”Южное”, университета “ХАИ”, НИИ ПФМ ХАИ, ПАО “Хартрон” и других предприятий и организаций Украины;
 
•Научный потенциал ведущих ВУЗов Украины (ХАИ, КПИ, ДГУ и др.), производственный задел предприятий Украины авиационной и ракетно-космических отраслей (ГП «КБ «Южное», ГП "ПО Южмаш”, ГП "НПО "ПХЗ",  НПГ "Днепротехсервис", АНТК "Антонов", АО "Мотор Сич", НПК "ФЭД", ХГАПП "ХАЗ", ПАО “Хартрон”, НТ СКБ “Полисвит” и других.
 

 

Основные технические характеристики базового варианта модульной системы “МАРКС” - “МАРКС-1”

 

 
•   Стартовая масса РКС, кг
    - масса окислителя (жидкий кислород), кг
    - масса горючего (керосин РГ-1), кг
    - масса конструкции РКН с КА, кг
5 611
3 416
1 331
864
•   Стартовая тяговооружённость РКН
1,47
•   Первая ступень – один многоразовый блок МАРБ:
    - маршевый двигатель
    - масса заправленного разгонного блока, кг
    - масса конструкции разгонного блока, кг
 
 
РД-8ММ
4 360
601
•   Вторая ступень РКС (вариант с ЖРД):
    - маршевый двигатель
    - масса заправленной ступени, кг
    - масса конструкции ступени, кг
 
 
РД-?
1 087
100
•   Масса головной части РКС, кг
    - масса головного обтекателя, кг
    - масса адаптера, кг
    - масса КА  для вывода на ССО 500 км, кг
 
163
29
12
80

 

 
Многоразовый универсальный авиационно-ракетный разгонный блок
(МАРБ) – основа модульной системы МАРКС
 

 

1 – корпус разгонного блока; 2 – силовой опорный шпангоут; 3 – бак окислителя (жидкий кислород (2 390 л); 4 – поворотный  узел консоли крыла; 5 – отсек горючего (керосин, 1 800 л); 6 – ТРД “Мотор Сич МС-100”; 7 – ЖРД РД-8ММ; 8 – хвостовая посадочная опора; 9 – основная посадочная лыжа; 10 – поворотная консоль крыла; 11 – консоль хвостового оперения
 

 

Авиационно-ракетные космические системы (АРКС)

с многоразовыми авиационными разгонными ступенями - сравнение

 

 

 

 
 
“Pegasus”  (США)
“RASCAL”
(США)
"F-15 MSLV”
(США)
МиГ-31И
“Ишим”
(Казахстан,
Россия)
Вариант ТКС
НИИ ПФМ ХАИ
для КБ “Южное”
“МАРКС-1”
НИИ ПФМ ХАИ
 
“МАРКС-2”
НИИ ПФМ ХАИ
Стартовая масса АРКС, кг
200 000
38 351
30 800
50 000
22 350
5 611
11 250
Масса РКН (верхнего ракетного блока) с КА, кг
23 130
6 474
4 550
10 300
3 351
1 250
2 500
Точка старта РКН (верхнего ракетного блока):
- высота, км;
- скорость, М

 
12,8
0,82
(с маневром
"динамическая горка")
67,0
2,97

 
11,5
2,00

 
16,5
2,05
(без маневра "динамическая горка")
30,0
4,00

 
70,0
6,00

 
70,0
6,00
Масса КА на ССО 500 км, кг
270
110
73
130
20
80
170
Весовая эффективность системы, %
0,135
0,287
0,237
0,26
0,089
1,426
1,518
Примерная цена одного запуска КА, долл. США
20 000 000
6 000 000
5 000 000
4 000 000
3 000 000
300 000
550 000
Цена вывода 1 кг КА на ССО 500 км, долл. США
74 000
54 500
68 500
30 769
150 000
3 750
3 235