Статья опубликована в рамках: CII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 10 июня 2021 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Космос, Авиация

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:

Алим Р.К. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СВЕРХЛЕГКИХ РАКЕТ НОСИТЕЛЕЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОЙ МОДЕЛИ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. CII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(101). URL: https://sibac.info/archive/technic/6(101).pdf (дата обращения: 20.04.2024)

Проголосовать за статью

Конференция завершена

Эта статья набрала 0 голосов

Дипломы участников

У данной статьи нет
дипломов

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СВЕРХЛЕГКИХ РАКЕТ НОСИТЕЛЕЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОЙ МОДЕЛИ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ

Алим Рысбек Куанышулы

студент, кафедра КиИЛА, филиал «Восход» Московского авиационного института,

РФ, г. Байконур

Шестопалова Ольга Львовна

научный руководитель,

канд. техн. наук, доц., филиал «Восход» Московского авиационного института,

РФ, г. Байконур

Применительно к космической технике нанотехнологии ассоциируются прежде всего с наноспутниками - КА массой от 1 до 10 кг. До сегодняшних дней запуск наноспутников, малых космических аппаратов, многоспутниковых орбитальных группировок совершалось вместе с полноразмерными КА. Но, похоже, настало время задуматься и о специальной РН для нано-КА.[1]

Сверхлегкие ракеты-носители предназначены для выведение микро- и наноспутников а также малых космических аппаратов в заданную орбиту. Существующие классификации ракет-носителей (РН) по энергетическим возможностям достаточно условны, и вплоть до последнего времени такой класс, как сверхлегкая РН, или микроРН, в нормативных документах и в специальной литературе отсутствовал. Сейчас к сверхлегким (микроРН) одни авторы относят ракеты, способные вывести на низкую околоземную орбиту (НОО) полезную нагрузку массой до 500 кг , другие – до 300 кг и даже до 100 кг .[2]

В данной работе проведен анализ следующих сверхлегких ракет-носителей: «Electron», «Pegasus», «Hyperbola-1», «Vector-H». Группой экспертов определены основные характеристики сверхлегких ракет-носителей (диаметр, длина, стартовая масса, масса полезного груза, стоимость пуска, тяга, удельный импульс, загрязненность), представленные в таблице 1.

Таблица 1.

Характеристики сверхлегких ракет-носителей

РН	Диаметр, м	Длина, м	Стартовая масса, Т	Масса полезного груза, кг	Стоимость пуска, млн.долл	Тяга, кН	Удельный импульс, с	Загрязненность, кг/кг·(т/т)
Electron	1,2	17	10,5	250	4,9	162	303	0,87
Pegasus	1,27	16,9	2,3130	443	40	192	325	0,87
Hyperbola-1	2,5	20,8	31,0	300	55	185	331	0,87
Vector-H	1,2	15	11,9	290	4,5	172	312	0,9

«Электрон» — ракета-носитель сверхлёгкого класса, разработанная новозеландским подразделением американской частной аэрокосмической компании Rocket Lab. [3]

Предназначена для коммерческих запусков микро- и наноспутников, позволяет вывести полезную нагрузку массой до 150 кг на солнечно-синхронную орбиту высотой 500 км или до 250 кг на низкую околоземную орбиту. Стоимость запуска ракеты-носителя составляет от 4,9 до 6,6 млн долларов США. [3]

«Пегас» — американская крылатая ракета-носитель лёгкого класса с возможностью воздушного старта. Разработана корпорацией Orbital Sciences Corporation. [2; 3]

Старт производится с помощью специально оборудованного самолёта L-1011 Stargazer фирмы Lockheed Corporation. Отделение ракеты от самолёта-носителя происходит на высоте порядка 12 км. [2; 3]

Основную тягу двигателя создают три основных ступени ракеты, работающие на твёрдом топливе. В варианте Pegasus HAPS дополнена блоком маневрирования, работающим на гидразине. [2; 3]

Масса носителя – 18 500 кг (Pegasus), 23 130 кг (Pegasus XL)

Масса полезного груза, выводимого на низкую околоземную орбиту носителем «Пегас» — до 443 кг.

Hyperbola-1 (также Shian Quxian 1, SQX-1) - китайский коммерческий сверхлегкий ракета-носитель, разработанный компанией iSpace, один из стартапов, созданных в результате открытия китайскими властями в 2014 году рынка запуска спутников. Hyperbola-1 - твердотопливный ракета-носитель, способная вывести 300 кг полезной нагрузки НОО. Свой первый успешный полет он совершил 23 июля 2019 года. [3]

Ракета Vector-H массой 8700 кг была разработана в виде блочного обновления для Vector-R. Ракета имеет высоту около 16 метров. Первая ступень укомплектована 5-ма двигателями и более увеличенными баками с топливом. Как планируется, расчетная эксплуатация РН будет позволять выполнять до 25 пусков в год. [4]

Методами ранжирования, балльных оценок, допустимых относительных отклонений, попарных приоритетов определены значения весовых коэффициентов предпочтения экспертов. Значения весовых коэффициентов представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Сводная таблица весовых коэффициентов характеристик

Методы задания предпочтений	Критерии
Методы задания предпочтений	Диаметр	Длина	Стартовая масса	Масса ПГ	Тяга	Стоимость пуска	Удельный импульс	Загрязненность
Метод ранжирования	0,089	0,061	0,100	0,161	0,133	0,122	0,194	0,139
Метод балльных оценок	0,069	0,066	0,105	0,156	0,144	0,135	0,184	0,141
Метод относительных отклонений	0,106	0,104	0,108	0,124	0,123	0,123	0,190	0,123
Метод попарных приоритетов	0,069	0,065	0,105	0,156	0,144	0,135	0,184	0,141

Средние значения весовых коэффициентов: ; ; ; ; ; ; ; .

Затем определяются максимумы каждого локального критерия (см. табл. 1): , ; ; ; ; ; , .

При решении задачи максимизируются четвертый, пятый, седьмой критерии (масса ПГ, тяга, удельный импульс), а первый, второй, третий, шестой, восьмой (диаметр, длина, стартовая масса, стоимость пуска, загрязненность) минимизируются.

В соответствии с принципом максимальной эффективности нормализованные критерии определяются из следующих соотношений:

- для критериев, которые максимизируются:

(1)

- для критериев, которые минимизируются:

(2)

Оптимальным будет тот вариант, который обеспечивает максимальное значение функции цели:

(3)

Таблица 3.

Нормализованные характеристики разгонных блоков

РН	Диаметр, м	Длина, м	Стартовая масса, Т	Масса полезного груза, кг	Стоимость пуска, млн. долл	Тяга, кН	Удельный импульс, с	Загрязненность, кг/кг·(т/т)
Electron	0,52	0,183	0,661	0,564	0,736	0,911	0,915	0,033
Pegasus	0,492	0,187	0,925	1	1	0,273	0,982	0,033
Hyperbola-1	0	0	0	0,677	0,841	0	1	0,033
Vector-H	0,52	0,279	0,616	0,655	0,782	0,918	0,943	0

По формуле (3) определили обобщенную функцию цели по каждому варианту техники:; ; ; .

Наиболее полно удовлетворяет заданным предпочтениям группы экспертов сверхлегкий РН «Pegasus», т.к. F_max = F₂ = 0,612. Основные характеристики «Pegasus» представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Характеристики сверхлегкого РН «Pegasus»

РН	Диаметр, м	Длина, м	Стартовая масса, Т	Масса полезного груза, кг	Стоимость пуска, млн.долл	Тяга, кН	Удельный импульс, с	Загрязненность, кг/кг·(т/т)
Electron	1,2	17	10,5	250	4,9	162	303	0,87
Pegasus	1,27	16,9	2,3130	443	40	192	325	0,87
Hyperbola-1	2,5	20,8	31,0	300	55	185	331	0,87
Vector-H	1,2	15	11,9	290	4,5	172	312	0,9

Сверхлегкий РН «Pegasus» превосходит все остальные РН по параметрам масса полезного груза, тяги но уступает некоторым РН по удельному импульсу. Но пуск РН «Pegasus» является дорогостоящим. Поэтому по экономическим соображениям, оптимальным выбором для запуска малых космических аппаратов является РН «Electron» и РН «VectorH».

Список литературы:

В. Н. Блинов, Н. Н. Иванов, Ю. Н. Сеченов, В. В. Шалай «Ракеты носители. Проекты и реальность». – М.: Ленанд, 2015. – 352 с.
В. Н. Блинов, Н. Н. Иванов, Ю. Н. Сеченов, В. В. Шалай «Ракеты носители. Проекты и реальность (книга-2)» - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. -399 с.
Ракеты-носители сверхлегкого класса: ниша на рынке пусковых услуг и перспективные проекты [Электронный ресурс]. URL: https://www/vesvks.ru/vks/
РН «Vector-H» [Электронный ресурс]. URL: https://aboutspacejornal.net/
Уманский С.П. Ракеты-носители. Космодромы. – М.: Изд-во Рестарт+. 2001 – 216 с.