В настоящее время для запуска (выведения) космических аппаратов на околоземные орбиты насчитывается ограниченное число разновидностей средств выведения. Запуски осуществляются преимущественно при помощи ракет-носителей с неподвижных стартовых площадок.

В результате скорость, с которой может быть выполнен запуск, ограничивается временем, требуемым на подготовку стартовой позиции, сборку средств выведения на стартовом столе, установку космического аппарата на носитель, заправку носителя, проверку правильности функционирования его систем и выполнение запуска.
Средства запуска со стартовой позиции могут вывести космический аппарат только на орбиту с определенными наклонениями, зависящими от географического положения стартовой позиции. Соображения безопасности, связанные с полетами над густонаселенными районами, ограничивают направления, в которых носитель может быть запущен с данной стартовой позиции и, соответственно, ограничивают максимально достижимое наклонение орбиты.

В качестве альтернативы традиционным средствам доставки космических аппаратов (КА) за переделы земной атмосферы – ракетам-носителям (РН), в практике встречается вариант с размещением носителя непосредственно на борту самолета. Самолет предоставляет возможность вылететь в произвольный географический район, в котором носитель отделяется и выводит свою полезную нагрузку (космический аппарат) на орбиту. Такая операция называется "воздушный старт". Также выводящий самолет может рассматриваться в качестве "нулевой ступени".

Помимо воздушного старта широко известны и другие проекты по неракетным средствам и способам запуска космических аппаратов, некоторые из которых возможно реализовать только при значительном повышении существующего мирового уровня науки и техники. Какие технические решения по системам и средствам запуска космических аппаратов уже потенциально могут быть реализованы, кто их обладатель и где в мире развивают данное направление возможно определить через анализ существующей патентной литературы.

Также были подобраны следующие ключевые слова и классы МПК: launching system (система запуска), launching method (способо/метод запуска), launching vehicles (средства запуска), orbit (орбита), класс МПК B64G и МПК B64D.

На рисунке 1 представлено распределение по годам количества патентных публикаций в период с 2001 по 2021 гг. Из графика легко прослеживается рост количества опубликованных патентных документов за последние 6 лет относительно стабильного уровня количества публикаций за предыдущий период. В этой связи целесообразно рассмотреть патенты (патентные заявки) и содержащиеся в них технические решения, опубликованые за последние 10 лет.

Страны с наибольшим количеством количеством патентов по рассматриваемому направлению и распределение патентных публикаций по ним за период с 2011 по 2021 гг. представлено на рисунках 2 и 3 следующим образом.

Лидирующие позиции, как и во многих других направлениях области космической техники, на сегодняшний день остаются за тремя странами: США, Китай и Россия. График патентной публикационной активности в перечисленных трех странах представлен на рисунке 4.

Обосновывать представленный на рисунке 4 уровень опубликованных патентных заявок (патентов) каждой страны можно по-разному. Невысокий уровень публикаций в России может говорить как о низком уровне мотивации или возможностей разработчиков охранять свои технические решения с помощью патента, так и об отсутствии у иностранных заявителей интереса в российском рынке. Однако поддерживаемый стабильный уровень публикаций может говорить о преднамеренном сдерживании и тщательном отсеивании разработок при выборе объекта патентования. Не стоит недооценивать тенденцию развития частного космоса, что способствует большому количеству публикаций в США. Внушительный рост количества патентных публикаций в Китае может основываться на проводимой внутренней политике в части патентования и на стремлении закрепить за собой статус космической державы. Последнее, в свою очередь, не только способствует активному патентованию со стороны китайских разработчиков, но и повышает «напористость» внешних игроков, целью которых может быть в том числе сдерживание развития Китая в конкретном направлении.

Как видно из графика на рисунке 5 наибольшее количество запатентованных технических решений в направлении систем и средств запуска космических аппаратов имеют компании США.
Стоит также обратить внимание на то, что крупные частные игроки космического рынка, такие как SpaceX, Blue Origin, Virgin Group не попали в выборку правообладаетелей с наибольшим количеством патентов по данному направлению. Такая ситуация может говорить либо о решении руководства компаний, что разработки должны охраняться в режиме ноу-хау, либо о том, что патентная заявка еще не достигла стадии опубликования. Кроме того, возможен вариант, что права на используемые разработки принадлежат компания-подрядчикам, заказчикам (например, государственным) или изобретателям.

В рамках настоящего дайджеста также представляется интересным вопрос использования различных патентных классификаций.

С течением времени технологические области расширяются, объединяются, дробятся, создаются гибридные направления. Так и Международная патентная классификация (IPC – International Patent Classification, МПК), разработанная по Страсбургскому соглашению 1971 года (год вступления в силу – 1975 г.), обновляется ежегодно экспертами ВОИС. Согласно данным ФИПС за период пересмотра МПК в 2021 году в её текст было внесено 2478 изменений.
В соответствии с официальной статистикой ВОИС новая версия МПК-2022.01 содержит 131 класс, 647 подклассов, 7545 основных групп, 70191 подгруппу (всего групп, включая основные и подгруппы - 77736).
Однако рассматривая класс, непосредственно связанный с космической техникой, складывается ощущение недостаточности указанных разделов. Более детальное дробление способствовало бы повышению точности и корректности указания классов и групп в патентных заявках, что в свою очередь облегчило бы труд авторов как при проведении предварительных патентных исследований, так и для заполнения заявки на выдачу патента.
Вариантом того, как возможно расширить МПК, может служить Совместная патентная классификация (CPC – Cooperative Patent Classification, СПК), созданная как итог реализации Соглашения от 25.10.2010 между Европейским патентным ведомством и Ведомством по патентам и товарным знакам США.
СПК вступила в силу с 1 января 2013 г. С этого времени все документы ЕПВ и США классифицированы по СПК. В настоящее время несколько десятков стран, включая Россию с 2016 года, уже присоединились к использованию этой классификации как для поиска патентной информации, так и для классифицирования своих патентных документов.
Схема СПК практически полностью включает в себя Международную патентную классификацию (МПК), бывшую внутриведомственную классификационную систему ЕПВ (ECLA), а также элементы бывшей патентной классификации США (USPC). Структура СПК в целом совпадает со структурой МПК, но классификационных рубрик в ней почти в 3,5 раза больше, чем в МПК.

Распределение патентных публикаций из ранее составленной выборки по рассматриваемому направлению по классам СПК за период с 2001 по 2011 гг. представлено на рисунке 6.

Описания первых пяти групп следующие:

Можно заметить, что последняя группа СПК дублирует группу МПК. Остальные конкретизируют направления. Анализ долевого распределения подклассов СПК позволил детальнее рассмотреть технические направления, интересующие разработчиков космической техники и правообладателей патентов.

Анализ непатентной литературы был сделан на основе данных портала Elibrary. Статистические данные о представлены на рисунке 12. Данный анализ показал высокий уровень активности среди российских исследователей и разработчиков технических решений в направлении систем и средств запуска космических аппаратов.

Наибольший интерес у представителей российского научного сообщества вызывают следующие области науки и техники в рамках рассматриваемого направления:

Динамика патентной активности в России была представлена выше на рисунке 4. На рисунке 13 представлены организации, возглавляющие топ правообладателей. Как видно из статистических данных перевес на стороне отечественных компаний.

Несмотря на высокую активность в части научно-исследовательской деятельности, разрабатывемые решения нечасто доходят до стадии патентования. Такое предположение можно сделать на основе полученных результатов при анализе статистических данных о патентовании разработок в направлении систем и средств запуска космических аппаратов в России и в мире.

Среди патентных документов, опубликованных Российским патентным ведомством в 2021 году, выделяется патентная заявка № 2019124207A от «Аэростатный ракетно-космический комплекс», права на которую принадлежат 4 ЦНИИ Минобороны России (патент RU0002750558 от 25.01.2021).

В научной литературе встречаются разного рода проекты неракетных способов доставки полезной нагрузки на орбиту, большая часть из них не проходила дальше аванпроекта. Далее представлены результаты поиска патентных документов по наиболее популярным предложениям технических решений в части неракетных способов и средств запуска КА.

По сочетанию ключевых слов «space elevator» (космический лифт) в базах данных патентной информации был проведен поиск технических решений, касающихся разработок космического лифта:

На рисунке 14 представлено распределение количества патентных публикаций по годам.

Представленные патенты преимущественно принадлежат правообладателям из Канады (37%). Далее идут заявители из США (18%) и Японии (14%). Российским представителям принадлежат 11% патентных публикаций. При этом 70% представленных патентов были выданы ведомством США.
На дату проведения поиска за 2022 год было опубликовано 2 патента:

	Патент WO2022044007A1 от 03.03.2022 «Orbit insertion device» (Устройство выведения на орбиту), принадлежащий EICHBAUM JACOB;
	Патент US2022119132A1 от 21.04.2022 «Helium powered space elevator» (Космический лифт, работающий на гелии), принадлежащий DAKHIL FAROUK.

О правообладателях также стоит уточнить, что только 33% всех представленных патентов принадлежат юридическим лицам. Из них выделяется канадская компания Thoth Technology INC, обладающая правами (совместно с изобретателем) на два патента US9085897B2 от 21.07.2015 и US2015233138A1 от 20.08.2015.

По сочетанию ключевых слов «tether, payload, transport, skyhook, propulsion» (трос/привязь, полезная нагрузка, транспорт, скайхук, тяга/двигательная установка) в базах данных патентной информации был проведен поиск технических решений, касающихся разработок «космических пращей» как средства транспортировки полезной нагрузки на орбиту:

На рисунке 15 представлено распределение количества патентных публикаций по годам.

Представленные патенты преимущественно принадлежат правообладателям из США (93%). Далее идут заявители из Ямайки (30%) и Италии (12%). Российским представителям также принадлежат 12% патентных публикаций. Такие значения объясняются немалым объемом патентов с несколькими правообладателями. При этом около 97% представленных патентов были выданы ведомством США.
На дату проведения поиска за 2022 год было опубликовано 0 патентов.
О правообладателях также стоит уточнить, что только 32% всех представленных патентов принадлежат юридическим лицам. Из них выделяется японская компания Mitsubishi Heavy IND LTD, обладающая правами (совместно с изобретателем) на три патента JP2004230931A от 28.01.2003, JP2004230932A от 28.01.2003, JP2000128097A от 22.10.1998.

Популярность технический решений в области неракетных способов запуска КА на орбиту, схожих принципами работы с космическими «пращами», подтверждается действиями «игроков» космического рынка различного статуса.
К примеру, в апреле 2022 года в СМИ появилась информация о заключении контракта между NASA и калифорнийским стартапом SpinLaunch на испытание системы запуска в космос в виде центрифуги, которую можно назвать «космической пращей». Предполагается, что система будет экономически и экологически выгодной заменой традиционной первой ступени РН. Первые испытания планируется провести в конце 2022 года, а в 2025 году, согласно заявлению SpinLaunch, пройдут орбитальные испытательные пуски. По данной разработке SpinLaunch уже получили патент как в ведомстве США (US10202210B2 от 12.02.2019 «Circular Mass Accelerator» (Круговой ускоритель масс)), так и по процедуре PCT (WO2019164472 от 29.08.2019 «Circular Mass Accelerator» (Круговой ускоритель масс).

Двумя годами ранее был опубликован патент на техническое решение, которое тоже можно охарактеризовать как «космическая праща», правообладателем которого является американская компания Amazon Tech Inc. (US10556709B1 от 11.02.2020 «Energy-efficient launch system for aerial vehicles» (Энерго-эффективная система запуска для воздушных транспортных средств)). < Скрыть

По сочетанию ключевых слов «launch, lofstrom, loop» (запуск, петля Лофстрома) в базах данных патентной информации был проведен поиск технических решений, касающихся разработок пусковых петель (петель Лофстрома) как неракетного транспортного средства.
На дату проведения поиска за рассматриваемый период в 20 лет было опубликовано только 2 патента:

По сочетанию ключевых слов «orbital, ring» (орбитальный, кольцо) в базах данных патентной информации был проведен поиск технических решений, касающихся разработок неракетного способа выведения грузов на планетарную орбиту с помощью жёсткого или полужёсткого кольца, обезвешивающегося за счёт вращения вокруг земного экватора.
На дату проведения поиска за рассматриваемый период в 20 лет было опубликовано 2 патентных документа. За 2022 год был опубликован 1 патент:

По сочетанию ключевых слов «startram, space tram, mass driver, electromagnetic catapult, launch, maglev» (стартрам, космический трамвай, ускоритель массы, электромагнитная катапульта, запуск, магнитная левитация) был проведен поиск в базах данных патентной информации технических решений, касающихся разработок неракетных систем запуска на основе магнитной левитации.

На рисунке 16 представлено распределение количества патентных публикаций по годам.

Представленные патенты преимущественно принадлежат правообладателям из США (43%). Далее идут заявители из Китая (14%) и России (10%). При этом около 62% представленных патентов были выданы ведомством Китая.

На дату проведения поиска за 2021 и 2022 года был опубликован 1 патент:

О правообладателях также стоит уточнить, что 48% всех представленных патентов принадлежат юридическим лицам. Преобладающим числом патентных документов обладают Shanghai Satellite Engineering Institute (Китай) и Beijing Institute Control Engineering (Китай).

По сочетанию ключевых слов «space, fountain, accelerator, vacuum tube, magnet» (космос, фонтан, ускоритель, вакуумная труба, магнит) был проведен поиск в базах данных патентной информации технических решений, касающихся разработок неракетной системы запуска полезной нагрузки на орбиту, известной как космический фонтан. На дату проведения поиска за рассматриваемый период в 20 лет было опубликовано 0 патентных документа.

В целом, направление систем и средств запуска космических аппаратов можно назвать развитым. На сегодняшний день уже существуют оптимальные технические решения, которыми пользуются во всем мире.

Однако желание освоить дальний космос и стремление сделать ближний космос доступным для всех способствуют появлению передовых и инновационных технических решений для преодоления существующих препятствий.

Россия не только крепко держится в тройке лидеров по традиционным системам и способам запуска космических аппаратов в космическое пространство, но и имеет представителей в различных направлениях, касающихся неракетных способов доставки полезной нагрузки на орбиту.

Таким образом, можно утверждать, что проведение разработок в части систем и средств запуска космических аппаратов является актуальным направлением для научно-исследовательской деятельности, хотя и приближается к насыщению. Основным же препятствием остается мировой технологический уровень, так как космическая техника аккумулирует в себе достижения многих областей науки и техники.