Дроссельная газодинамическая пушка

(71) Заявители Соболенко Михаил Карпович Сычик Василий Андреевич(72) Авторы Соболенко Михаил Карпович Сычик Василий Андреевич(73) Патентообладатели Соболенко Михаил Карпович Сычик Василий Андреевич(57) 1. Дроссельная газодинамическая пушка, содержащая рессивер, ствол, систему обеспечения высокого давления в стволе, отличающаяся тем, что она установлена вертикально в искусственных проемах шахтных выработок или естественных вертикальных пустотах высотой от 1 до 1,5 километров, снабжена дополнительным рессивером, двумя воздушными компрессорами высокого давления, двумя топливными баками с насосами,двумя окислительными баками с насосами, при этом воздушные компрессоры высокого давления, топливные и окислительные баки с насосами соединены с рессиверами с помощью трубопроводов, рессиверы механически посредством зонда и пневматически посредством дроссельных коллекторов соединены со стволом, в котором размещена грузовая платформа. 13092. Дроссельная газодинамическая пушка по п. 1, отличающаяся тем, что ствол снабжен герметической крышкой и спускным патрубком с электромагнитной задвижкой. 3. Дроссельная газодинамическая пушка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что она снабжена системой автоматического контроля и регулирования давлением газа в стволе и ресиверах. Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для вывода грузовых ракет в космическое пространство. Известен ракетоноситель, например Шаттл, для вывода полезных грузов на космическую орбиту. Недостатками ракетоносителя являются низкий коэффициент полезного действия (КПД) и дорогостоящий вывод на космическую орбиту полезных грузов. Прототипом предлагаемого изобретения является газодинамическая пушка, описанная в газете Народная газета от 18.02.1994. Она включает рессивер, ствол, систему обеспечения высокого давления в стволе. Недостатками прототипа являются 1. Газодинамическая пушка имеет наземное базирование, которое неспособно выдерживать большие перегрузки, возникающие при выводе многотонных грузовых ракет в космос. 2. Ракета в стволе пушки разгоняется одномоментным воздействием взрывной волны,взорванной в рессивере под ракетой. 3. Перед взрывом водородной смеси для ее сжатия требуется тяжелый металлический поршень, что существенно усложняет конструкцию. 4. Газодинамическая пушка обладает низким КПД, малой стартовой скоростью выводимых грузов и малым их весом, не выше 1 кг полезного груза. Техническим результатом изобретения является повышение КПД и массы выводимого в космос полезного груза, а также стартовой скорости выводимой ракеты. Поставленная задача достигается тем, что в дроссельной газодинамической пушке, содержащей рессивер, ствол, систему обеспечения высокого давления в стволе, которая установлена вертикально в скальном грунте, дополнительно введены рессивер, два воздушных компрессора высокого давления, два топливных бака с насосами, два окислительных бака с насосами, при этом воздушные компрессоры высокого давления, топливные баки и окислительные баки с насосами соединены с рессиверами с помощью трубопроводов. Рессиверы механически посредством зонда и пневматически посредством дроссельных коллекторов соединены со стволом, в котором размещена грузовая платформа. Дроссельная газодинамическая пушка снабжена автоматической системой контроля и регулирования давления газов в рессиверах и стволе, который снабжен герметической крышкой и спускным патрубком с электромагнитной задвижкой. Сущность изобретения поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображен в разрезе главный вид дроссельной газодинамической пушки. Дроссельная газодинамическая пушка (ДГП) включает рессиверы 1 и 2, которые посредством зонда 3 конусного типа соединены со стволом 4 пушки, с помощью трубопроводов 5 и 6 они соответственно соединены с насосами высокого давления 7 и 8. В рессиверах 1 и 2 установлены камеры сгорания 9 и 10 с дроссельными коллекторами, в которые от баков с жидким топливом (топливных баков) 11, 12 с помощью насосов 13, 14 и трубопроводов 15, 16 подается жидкое ракетное топливо, а от баков с окислителем(окислительных баков) 17, 18 с помощью насосов 19, 20 через трубопроводы 21, 22 подается окислитель. На грузовой платформе 23 размещен выводимый в космос груз, например ракета 24. Рессивер 1 и рессивер 2 снабжены приборами контроля и регулирования давления газа 25, которые управляются по заданной программе системой автоматического контроля и регулирования давления (САКРД) 26. Пневматическая связь ресиверов 1 и 2 со стволом ДГП осуществляется посредством дроссельных коллекторов 27 и 28, которые 2 1309 управляются САКРД 26. В верхней части зонда 3 размещены спускные патрубки 29 с электромагнитными заслонками 30, которые также управляются САКРД 26. На стволе 4 сверху размещена легкая герметическая крышка 31 из эластичного материала. Газ высокого давления от воздушных компрессов высокого давления 7 и 8 подается через электромагнитные клапаны 32, 33 в рессиверы 1 и 2, а ракетное топливо с топливных баков 11 и 12 через электромагнитные клапаны 34, 35, установленные на трубопроводах 15,16, и окислительных баков 17, 18 через электромагнитные клапаны 36, 37, установленные на трубопроводах 21, 22, поступают в камеры сгорания 9 и 10, причем все электромагнитные клапаны управляют САКРД 26. Ствол 4 ДГП создается в пробуренном или естественно созданном скальном грунте, в искусственных проемах шахтных выработок или естественных вертикальных пустотах путем последовательного наращивания железобетонных колец, заливкой в опалубку монолитным бетоном и засыпкой пустой полости с наружной поверхности ствола. Длина ствола 4 составляет от 1 до 1,5 километров, его внутренний диаметр составляет 25 м,что, как показали результаты расчета, достаточно для вывода в космос ракет весом до 10 тонн. Рабочее давление воздушных компрессоров высокого давления 7 и 8 составляет 150 атмосфер, что недостаточно для расчетного давления газов в стволе 4. Поэтому для обеспечения требуемого разгона ракеты 24 в стволе 4 дополнительно в ДГП введены два бака с жидким топливом 11, 12 и два бака с окислителем 17, 18, топливо от которых поступает в камеры сгорания 9 и 10. Сгорающее в камерах 9 и 10 топливо обеспечивает подъем давления в рессиверах 1, 2 и в стволе 4 до 300 атмосфер и выше. Впуск воздуха высокого давления из рессиверов 1 и 2 в зонд 3 осуществляется через дроссельные коллекторы 27 и 28, которые состоят из обойм с отверстиями, куда вставляются гильзы с фиксаторами и отверстием для прохода газа. В гильзу вставляется поворотная дроссельная заслонка (на фиг. 1 не показано) с проходным каналом для сжатого газа. Дроссельные заслонки снабжены шестернями, соединенными через зубчатую передачу с реверсивным электродвигателем, который управляется САКРД 26 и обеспечивает быструю подачу сжатого газа в ствол 4 под грузовую платформу 23 и быстрое прекращение подачи сжатого газа после вылета ракеты 24 из ствола 4. Для исключения зазора между стволом 4 и грузовой платформой 23 в ней предусмотрены пружинные кольца или выемка в донной части платформы 23, которая под большим давлением газов увеличивается в объеме и плотно прилегает к внутренним стенкам ствола 4. Система автоматического контроля и регулирования давления газа 26 обеспечивает контроль давления газов в рессиверах 1,2, в стволе 4, вырабатывает сигналы управления на контролируемые измерительные приборы 25, дроссельные коллекторы 27 и 28, на электромагнитные клапаны 32, 33 воздушных компрессоров высокого давления 7, 8, электромагнитные клапаны 34, 35, 36, 37 и насосы 17, 18, 19, 20. Перед запуском ракеты 24 она помещается на установленную сверху ствола 4 грузовую платформу 23, которая плотно прилегает к внутренней поверхности ствола 4, а ствол сверху закрывается герметической крышкой 31. Грузовая платформа 23 с ракетой 24 медленно, по принципу поршневого насоса, опускается вниз под собственной тяжестью до упора. Сжимаемый в стволе 4 воздух вытекает через открываемые спускные патрубки 29,а сверху платформы 23 в стволе 4 образуется вакуум, необходимый для разгона ракеты 24 в стволе 4 до сверхвысоких скоростей на уровне 6,0-8,0 км/сек. Ствол 4 закрыт герметической крышкой 31. В исходный момент до запуска воздушными компрессорами высокого давления 7 и 8 в рессиверы 1 и 2 через открывшиеся электромагнитные клапаны 32 и 33 подается сжатый до максимально возможного давления (150 атмосфер и выше) газ. Приборы контроля и регулирования давления газа 25 устанавливают и контролируют требуемое для запуска ракеты 24 давление. Экипированная ракета 24 с собственным ракетным двигателем опускается в ствол 4 на воздушной подушке до упора. 3 1309 В момент запуска САКРД 26 подает сигналы управления на дроссельный коллектор 27 рессивера 1, на насосы 13, 19 и электромагнитные клапаны 34, 36. В результате сжатый газ через дроссельный коллектор 27 подается в зонд 3 ствола 4 и совершает пневмоудар по грузовой платформе 23, которая вместе с размещенной на ней ракетой ускоряется в стволе. Поступающие жидкое ракетное топливо и окислитель из баков 11 и 17 в камеру сгорания 9 рессивера 1, в ней воспламеняется и повышает давление газов в рессивере 1. В процессе продвижения ракеты 24 в стволе 4 давление под платформой 23 падает. Поэтому для обеспечения заданного давления газов в стволе 4 под платформой 23, контролируемого измерительными приборами 25, через установленный САКРД 26 временной интервал 315 сек на дроссельный коллектор 28 рессивера, насосы 14, 20 и на электромагнитные клапаны 35, 37 подается от САКРД 26 управляющий сигнал, жидкое топливо в камере сгорания 10 воспламеняется, а дроссельный коллектор 28 открывается. В результате в стволе 4 поддерживается необходимое для требуемого разгона ракеты 24 давление. Вылетаемая из ствола 4 ракета 24 со скоростью 3-4 километра в секунду соударяется с легкой герметической крышкой 31, в результате чего происходит удар коаксиальной насадки ракеты 24, ее разогрев вместе с находящимся в конической головной части ракеты жидким азотом. При этом азот испаряется и охлаждает ракету 24. Одновременно включается твердотельный двигатель ракеты 14, который и выводит ее на космическую орбиту, а грузовая платформа 23 отделяется от ракеты 24 и падает в заданное место. Регулирование скорости ракеты 24 в стволе 4 за счет добавления сжатого газа из рессивера 2 обеспечивает возможность регулирования не только скорости разгона ракеты 24,но и гравитационной перегрузки на ее в пусковом стволе 4 при разгоне. Результаты расчета показали, что предлагаемая дроссельная газодинамическая пушка обеспечивает скорость разгона ракеты на выходе из ствола в интервале 3-4 километра в секунду, то есть в три раза выше, чем у прототипа. Вес выводимой в космос ракеты достигает 5 тонн и выше, что во много раз выше, чем у прототипа. Вывод в космос 1 кг полезного груза с помощью предлагаемой дроссельной газодинамической пушки, работающей в режиме многоразового использования, обходится в 500 долларов США, тогда как вывод с помощью ракеты-носителя того же груза составляет 20000 долларов США, то есть в сорок раз дороже. Промышленное освоение предлагаемой дроссельной газодинамической пушки возможно на предприятиях горнодобывающей промышленности. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.