SpaceLiner

SpaceLiner
SpaceLiner
	SpaceLiner 7 на взлёте в представлении художника
Общие сведения
Страна	Европейский союз
Основные характеристики
Количество ступеней	2
Длина (с ГЧ)	83,5 м
Диаметр	8,6 м
Стартовая масса	1840 т
История запусков
Состояние	проект

SpaceLiner — концепция суборбитального гиперзвукового пассажирского космоплана, разрабатываемая с 2005 года в Германском центре авиации и космонавтики (нем. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR)^[1]

Концепция

Космоплан нетрадиционного для пассажирских средств вертикального взлета представляет собой двухступенчатую авиационно-космическую систему, состоящую из беспилотной (автоматической) стартовой ступени-ускорителя и пассажирской суборбитальной ступени, рассчитанной на 50 пассажиров. Всего силовая установка включает в себя одиннадцать жидкостных ракетных двигателей (9 из них установлены на стартовой ступени, 2 — на суборбитальной ступени), работающих на криогенном топливе — жидком кислороде (LOX) и жидком водороде (LH2). После выключения ракетных двигателей суборбитальная ступень способна в планирующем полёте за кратчайшее время покрывать большие межконтинентальные расстояния. В зависимости от маршрута при этом могут достигаться высоты полета до 80 км и скорости, соответствующие числу Маха свыше 20. Продолжительность полета на маршруте Австралия-Европа составит 90 Минут, а на маршруте Европа-Калифорния — не более 60 Минут^[2]. Перегрузки, действующие в полете на пассажиров не превосходят 2.5 g и остаются ниже уровня нагрузок, действующих на астронавтов космического челнока Space-Shuttle. Более того, согласно проектной концепции пассажирская кабина выполняется в виде отдельной спасательной капсулы, которая в случае необходимости отделяется от суборбитальной ступени и обеспечивает пассажирам безопасное возвращение на Землю.

По данным Германского центра авиации и космонавтики ввод системы в эксплуатацию возможен между 2040 и 2050 годами. Главным аспектом концепции является полная многоразовость использования системы в сочетании с серийным производством, сравнимым по масштабу с авиационным. Благодаря этим факторам ожидается существенное повышение экономической эффективности системы по сравнению с существующими воздушно-космическими системами. Основной проблемой остаётся повышение безопасности и надёжности ключевых компонентов системы, напр., ракетных двигателей, в такой степени, которая позволит их ежедневное использование для перевозки пассажиров.

В настоящее время разработка концепции SpaceLiner финансируется как собственными средствами Германского центра авиации и космонавтики (нем. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt — DLR), так и в рамках таких спонсируемых Европейским Союзом проектов, как FAST20XX и CHATT. В проекте SpaceLiner участвуют, наряду с DLR, и другие партнеры из европейского авиационно-космического сектора.

Проект SpaceLiner имеет предысторию в виде проекта конца XX века нереализованной немецкой орбитальной двухступенчатой горизонтально-стартующей многоразовой авиационно-космической системы Зенгер-2, которому предшествовал также неосуществлённый военный проект частично-орбитального авиационно-космического бомбардировщика Silbervogel в нацистской Германии. В случае реализации SpaceLiner станет первым в мире регулярным суборбитальным гиперзвуковым пассажирским авиалайнером.

История

В настоящее время SpaceLiner находится в стадии предварительного проектирования (эскизного проекта). Работа над эскизным проектом продвигается на основе уже выполненных исследований по мере все более детальной разработки и интеграции подсистем. Параллельно с этим изучаются дополнительные варианты, удовлетворяющие новым требованиям и спецификациям, а результаты исследований этих вариантов также могут быть использованы в процессе общей разработки^[3].

SpaceLiner 2 — это первый вариант, в котором была предусмотрена интеграция активной системы охлаждения элементов конструкции, подвергаемых особенно высоким тепловым нагрузкам при входе в плотные слои атмосферы^[4].

Модификация SpaceLiner 4 — это дальнейшее развития варианта SpaceLiner 2 с улучшенными аэродинамическими характеристиками и характеристиками устойчивости и управляемости. На основе этой конфигурации в рамках финансируемого ЕС исследовательского проекта FAST20XX были более детально — как экспериментально, так и с помощью математического моделирования -исследованы различные технологии, необходимые для космоплана SpaceLiner^[5].

SpaceLiner 7 — это актуальная на сегодняшний день конфигурация, которая в настоящее время исследуется в DLR. В процессе математической оптимизации для улучшения аэродинамических, термических и структурно-механических качеств на режиме гиперзвукового полета треугольное крыло с изломом передней кромки было заменено треугольным крылом без излома. К настоящему моменту выполнена предварительная разработка и интеграция таких важнейших подсистем космоплана, как пассажирская кабина, криогенные баки, система подачи топлива и система теплозащиты.

В настоящее время дополнительно рассматривается модификация космоплана SpaceLiner, рассчитанная на 100 пассажиров для использования на коротких дистанциях^[6]. Возможные коммерческие маршруты классифицируются в соответствии с покрываемым расстоянием, при этом класс 1 соответствует наибольшей, а класс 3 — наименьшей дальности полёта. Для выполнения перелёта в зависимости от потребной дальности используется удлиненная или укороченная модификация разгонной ступени, которая может комбинироваться как с 50-местной, так и со 100-местной модификацией суборбитальной пассажирской ступени.

Технические характеристики

Характеристика	Суборбитальная пассажирская ступень (50 пассажиров)	Разгонная ступень (удлинённая модификация)	Суммарно (маршрут Австралия — Европа)
Длина:	65,0 м	83,5 м
Размах крыла:	33,0 м	37,5 м
Высота:	12,0 м	8,6 м	21,5 м
Длина пассажирской кабины:	15,3 м	—
Максимальный диаметр фюзеляжа:	6,8 м	8,6 м
Сухая масса:	145 т	170 т	315 т
Взлётная масса:	380 т	1460 т	1840 т
Масса топлива:	215 т	1285 т	1500 т
Масса в момент выключения двигателей:	160 т	180 т
Макс. высота полёта:	около 80 км	около 75 км
Макс. скорость полёта:	7 км/с (25 200 км/ч)	3,7 км/с (13 300 км/ч)
Макс. число Маха:	24	14
Макс. дальность полёта:	около 18 000 км
Количество двигателей:	2	9	11

Двигатели

В концепции космоплана SpaceLiner применяется единый тип жидкостного ракетного двигателя многоразового использования: двигатель с полностью замкнутым циклом, при котором всё топливо, включая топливо, используемое в приводе турбонасосного агрегата, проходит через камеру сгорания^[7]. Степень расширения сопла выбирается в соответствии с различными режимами полёта разгонной ступени и суборбитальной ступени. В качестве компонентов топлива предусмотрено использование высокоэнергетической и экологически чистой комбинации жидкого водорода с жидким кислородом.

Характеристика	Суборбитальная пассажирская ступень	Разгонная ступень
Соотношение компонентов:	6,0
Давление в камере сгорания:	16,0 МПа
Секундный расход (на двигатель):	518 кг/с
Степень расширения сопла::	59,0	33,0
Удельный импульс (вакуум):	449 с	437 с
Удельный импульс (на уровне моря):	363 с	389 с
Тяга двигателя (вакуум):	2268 кН	2206 кН
Тяга двигателя (на уровне моря):	1830 кН	1961 кН

Ссылки

Литература

↑ (англ.) Sippel M., Klevanski J., Steelant J.: Comparative study on options for high-speed intercontinental passenger transports: air-breathing- vs. rocket-propelled, IAC-05-D2.4.09 (октябрь 2005)
↑ Sippel M. Promising roadmap alternatives for the SpaceLiner (англ.). Acta Astronautica, Vol. 66, Iss. 11-12 (2010). (недоступная ссылка)
↑ Schwanekamp T., Bauer C., Kopp A. Development of the SpaceLiner Concept and its Latest Progress (англ.) (PDF). 4th CSA-IAA Conference on Advanced Space Technology (2011). Дата обращения: 2 сентября 2013. Архивировано 26 декабря 2013 года.
↑ van Foreest A. et al. Transpiration Cooling Using Liquid Water (англ.) (PDF). Journal of Thermodynamics and Heat Transfer, Vol. 23, Number 4 (2007). (недоступная ссылка)
↑ van Foreest A. The Progress on the SpaceLiner Design in the Frame of the FAST 20XX Program (англ.) (PDF). 16th AIAA/DLR/DGLR International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference (2009). (недоступная ссылка)
↑ Schwanekamp T., Bütünley J. , Sippel M. Preliminary Multidisciplinary Design Studies on an Upgraded 100 Passenger SpaceLiner Derivative (англ.) (PDF). 18th AIAA/3AF International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference (2012). Дата обращения: 2 сентября 2013. Архивировано 26 декабря 2013 года.
↑ Sippel M. et al. Technical Maturation of the SpaceLiner Concept (англ.) (PDF). 18th AIAA/3AF International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference (2012). Дата обращения: 2 сентября 2013. Архивировано 9 мая 2021 года.

[1] (англ.) Sippel M., Klevanski J., Steelant J.: Comparative study on options for high-speed intercontinental passenger transports: air-breathing- vs. rocket-propelled, IAC-05-D2.4.09 (октябрь 2005)

[2] Sippel M. Promising roadmap alternatives for the SpaceLiner (англ.). Acta Astronautica, Vol. 66, Iss. 11-12 (2010). (недоступная ссылка)

[3] Schwanekamp T., Bauer C., Kopp A. Development of the SpaceLiner Concept and its Latest Progress (англ.) (PDF). 4th CSA-IAA Conference on Advanced Space Technology (2011). Дата обращения: 2 сентября 2013. Архивировано 26 декабря 2013 года.

[4] van Foreest A. et al. Transpiration Cooling Using Liquid Water (англ.) (PDF). Journal of Thermodynamics and Heat Transfer, Vol. 23, Number 4 (2007). (недоступная ссылка)

[5] van Foreest A. The Progress on the SpaceLiner Design in the Frame of the FAST 20XX Program (англ.) (PDF). 16th AIAA/DLR/DGLR International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference (2009). (недоступная ссылка)

[6] Schwanekamp T., Bütünley J. , Sippel M. Preliminary Multidisciplinary Design Studies on an Upgraded 100 Passenger SpaceLiner Derivative (англ.) (PDF). 18th AIAA/3AF International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference (2012). Дата обращения: 2 сентября 2013. Архивировано 26 декабря 2013 года.

[7] Sippel M. et al. Technical Maturation of the SpaceLiner Concept (англ.) (PDF). 18th AIAA/3AF International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference (2012). Дата обращения: 2 сентября 2013. Архивировано 9 мая 2021 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

Сверхзвуковые и гиперзвуковые пассажирские самолёты
Реализованные проекты	СССР Ту-144 Великобритания/ Франция Concorde
Нереализованные проекты	СССР Т-4 (пассажирский вариант) Ту-244 Россия Ту-244 Ту-344 Ту-444 SSBJ США Aerion AS2^[англ.] Aerion SBJ^[англ.] Boeing 2707 Convair 58-9^[англ.] Douglas 2229 Lockheed L-2000^[англ.] HSCT^[англ.] SAI QSST^[англ.] Великобритания Bristol 223^[англ.] Франция Super-Caravelle^[англ.]
Разрабатываемые проекты	США Boom Overture^[англ.] HyperMach SonicStar^[англ.] Spike S-512 Европейский союз Reaction Engines A2^[англ.] ZEHST Конкорд-2 Германия SpaceLiner Япония Next Generation Supersonic Transport^[англ.]