ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИНТОВЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛАНЕТ

© В.А.Воронцов, Д.С.Хмель
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и научное прогнозирование"
2018 г.

Представляет интерес использование винтовых летательных аппаратов вертикального взлета и посадки (ЛАВВП) для исследовательских миссий спускаемых аппаратов (СА) межпланетных космически аппаратов. В настоящее время разработаны одновинтовые, многовинтовые и соосные винтовые ЛАВВП, которые используются для вертикального взлета, посадки, зависания и полета ЛА при затратах от 0,1 до 0,2 кВт на кГ веса. Вес поднимаемого винтовым ЛАВВП груза может составить 0,6 - 0,3 от взлетного веса. В сегменте относительно небольших винтовых аппаратов с электроприводом винтов, при времени полета 5-10 минут использование аккумуляторов обеспечивает высокую весовую отдачу ЛАВВП. Для более длительных миссий необходимо использовать источники энергии на основе высокоэффективного топлива.

На этапе снижения СА или же после его приземления может производится запуск винтового ЛАВВП, который сможет зависать и выполнять фото и видео съемку, а также сможет осуществлять посадку рядом с СА для подзарядки (дозаправки) от него.

С другой стороны, при спуске основного СА в плотных слоях атмосферы планет может использоваться винт в режиме авторотации для создания подъемной силы и торможения вместо парашюта или крыла. После снижения скорости СА до 200 - 300 м/c из компактного положения лопастей преимущественно вдоль направления полета они раскручиваются набегающим потоком, по мере раскрутки винта центробежные силы разворачивают лопасти вокруг горизонтального шарнира на втулке и обеспечивают раскрытие конуса винта. Тормозные устройства на основе винта в режиме авторотации при осевом обтекании создают силу сопротивления и обеспечивают снижение скорости с 100 - 200 м/с до 5 м/c. Увеличение (подрыв) углов лопастей в момент посадки винтовых аппаратов позволяет снизить скорость спуска до 2 м/с и обеспечить мягкую посадку.

Предложен способ управляемого полета на винтах (патент РФ N 2371354, US 8,337,156 B2), который позволяет в режиме осевого обтекания на винтах создавать подъемную силу перпендикулярную направлению полета и осуществлять планирование в режиме авторотации. Использование предложенного в способе управления углами лопастей винта при его вращении обеспечит полет (планирование) на винте на скоростях от 300 до 30 м/c, в том числе в режиме авторотации при спуске.

Использование электропривода винтов обеспечит управляемый полет, зависание, выбор подходящего для посадки места и мягкую посадку, а также последующий взлет и полет винтового СА. Разработан облик и определены ожидаемые характеристики винтовых ЛАВВП для различных условий использования с учетом состава атмосферы и высоты применения.

При низкой освещенности, например, на удаленных планетах или в ночной период на Венере невозможно использовать для функционирования аппаратов солнечную энергию. Проблема выработки электроэнергии может быть решена за счет привода генератора от авторотирующего винта во время спуска СА. При установке винтов в вертикальной плоскости, после посадки СА на поверхность планеты, винт может использоваться в режиме ветряка для подзарядки бортовых источников тока. После подзарядки СА сможет возобновить полет на винтах для изучения планеты.