«ОСНОВЫ УСТРОЙСТВА РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ Учебное пособие 2012 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ. 1 СТРУКТУРА КОСМИЧЕСКОЙ ...»

Температура под обтекателем в зависимости от типа КА должна поддерживаться в диапазоне 10 – 30 С, а в межбаковом отсеке и в хвостовых отсеках РН – в пределах 10 – 12 С.

В комплект средств хранения входят агрегаты, на которых содержатся ступени РН (ангароскладские тележки) и средства обеспечения влажностного режима (СОВР).

СОВР служат для обеспечения требуемой влажности в отсеках и баках РН на всех этапах ее эксплуатации. Они состоят из четырех комплектов: А, Б, В и Г. Комплект А предназначен для обеспечения требуемой влажности в отсеках и баках РН при транспортировании ступеней на агрегатах железнодорожной секции. Комплект Б служит для обеспечения требуемой влажности в отсеках и баках РН при нахождении ступеней РН на тележках комплекта стыковочных тележек в МИК. Комплект В служит для обеспечения требуемой влажности в отсеках и баках РН при нахождении ступеней РН на агрегатах комплекта средств хранения. Комплект Г служит для обеспечения требуемой влажности в отсеках и баках РН при нахождении РН на ТУА.

Каждый комплект (рисунок 7.5) состоит из систем обеспечения влажности в баках О1, О2, Г1 и Г2, которые в свою очередь включают устройство осушки, фильтр, воздуховод, переходник для подключения к соответствующей дренажной горловине (ЗО1, ЗО2, ЗГ1, ЗГ2), трубопровод для сообщения устройства осушки с атмосферой. В качестве осушителя в устройствах осушки используется силикагель марки КСМ.

1 – устройство осушки; 2 – фильтр; 3 – воздуховод; 4 – переходник В состав ТК могут входить различные вспомогательные комплекты оборудования, что обусловлено конструкцией РН, КА, РБ и технологией их эксплуатации. Так, для контроля газовой среды в сооружениях ТК используется система контроля содержания кислорода, переносной прибор контроля паров НДМГ и АТ, автоматический прибор газового анализа.

Система контроля содержания кислорода предназначена для автоматического дистанционного контроля объемного содержания кислорода в воздухе помещений, предупреждения эксплуатирующего персонала об отклонении содержания кислорода от установленной величины и выдачи сигнала для включения вентиляции.

Работы в среде, содержащей кислород в количестве от 19 до 23% объема, считаются безопасными. При содержании кислорода менее 19% может наступить удушье, при содержании кислорода более 23% возрастает пожарная опасность.

Переносной прибор контроля паров НДМГ и АТ предназначен для автоматического контроля содержания гептила и амила в воздушной среде в качестве дополнительного средства к стационарным приборам газового анализа. Принцип работы прибора основан на фотометрировании рабочей поверхности элемента, который изменяет свою окраску и коэффициент отражения при взаимодействии с парами контролируемой примеси. Прибор используется при нахождении в МИКе заправленного этими КРТ КА.

Автоматический прибор газового анализа предназначен для непрерывного контроля воздушной среды помещений и предупреждения о появлении опасной концентрации контролируемого газа (например, азота) и выдачи сигнала на включение вентиляции и отключение энергопитания.

Принцип работы аналогичен принципу работы описанного выше прибора.

Среди специальных технических систем выделим комплект технологических средств пожарной защиты, который служит для автоматического обнаружения и тушения пожаров в сооружениях ТК.

Комплект состоит из двух установок. Первая установка используется для автоматического обнаружения и тушения пожаров в помещениях хранилища РН. Принцип ее действия основан на обнаружении скорости нарастания температуры воздуха (не менее 2 С в секунду) или появлении дыма в защищенных помещениях от возникшего пожара и заполнении объема помещений распыленным фреоном. При тушении пожара фреоном могут образовываться токсичные продукты термического разложения фреона, поэтому фреоновые установки используются для тушения пожаров в необитаемых отсеках и зонах помещений.

Вторая установка предназначена для автоматического обнаружения и тушения пожаров воздушно-механической пеной в зале МИК.

Таковы основные особенности ТлОб ТК, при функционировании которого реализуется первый этап предстартовой подготовки РКН.

7.2 Назначение и состав технологического оборудования стартового В отличие от ТК, по существу являющегося распределенным комплексом, объекты которого могут находиться на значительном расстоянии друг от друга, стартовый комплекс представляет собой функционально целостную компактную структуру, предназначенную для решения одной задачи – осуществления пуска РКН.

Состав ТлОб СК (рисунок 7.6) обусловлен технологическими функциями, которые возложены на стартовый комплекс.

проверочного дистанционного оборудования управления Рисунок 7.6 – Состав технологического оборудования СК К ним относятся [2, 18, 43]:

транспортирование и установка РКН на пусковое устройство;

вертикализация РКН;

обеспечивающими предстартовую подготовку и пуск РКН;

прицеливание РКН (ввод полетного задания);

предстартовые проверки бортовых систем РН;

заправка РН КРТ, а также РБ низкокипящими компонентами топлива;

набор готовности и пуск РКН.

Многие агрегаты и системы СК подвергаются значительному воздействию газодинамических нагрузок при пуске РКН. Кроме того, значительная часть агрегатов и систем СК или их элементов (в частности агрегат обслуживания, установщик, пусковое устройство, элементы систем заправки РН и РБ, термостатирования, электроснабжения и др.) находятся под открытым небом и подвергаются воздействию окружающей среды (атмосферные осадки, ветер, перепад температур и т. д.). Эти факторы во многом определяют конструкцию агрегатов и систем СК.

Опишем назначение и состав основных видов ТлОб СК.

Комплект проверочного оборудования обеспечивает проведение предстартовых проверок системы управления РН, а также приведение бортовых систем РН, КА, РБ в необходимое состояние перед пуском РКН (набор готовности).

Пусковое оборудование включает пусковую установку, газовый отражатель и специальные сооружения, в которых размещены агрегаты и системы, и предназначено для приема и размещения РКН, обеспечения ее ветровой устойчивости, вертикализации и азимутального наведения, удержания РКН на пусковой установке до выхода двигателей 1-й ступени на номинальный режим при ее пуске и газоотвода продуктов сгорания.

В состав транспортно-установочного оборудования входит транспортноустановочный агрегат (или транспортно-установочная тележка и стационарный установщик), а также электроаккумуляторный тягач. Оно предназначено для доставки РКН на СК и установки ее на опоры пускового устройства.

Стартовое оборудование обеспечивает доступ к КА, РБ и РН, подвод и стыковку магистралей заправки и термостатирования. С его помощью осуществляется посадка экипажей в пилотируемые КА и их эвакуация при аварийных ситуациях. В состав стартового оборудования входит агрегат (башня, ферма) обслуживания, кабель-мачты, подвижные средства обслуживания (например, автовышки), агрегаты посадки и экстренной эвакуации экипажей пилотируемых КА.

Заправочное оборудование обеспечивает хранение и подготовку жидких КРТ, сжатых газов и заправку ими РН и РБ. В его состав входят системы заправки РН окислителем и горючим, система заправки РБ криогенными КРТ, система газоснабжения СК, система сбора и нейтрализации промстоков.

Системы дистанционного управления технологическими процессами подготовки РКН на СК предназначены для обеспечения высокой точности проведения предпусковых операций, автоматизированного дистанционного контроля их качества, своевременного обнаружения источников опасных факторов, немедленного включения средств защиты и обеспечения безопасности эксплуатирующего персонала. Одной из основных является автоматизированная система подготовки и пуска (АСПП.

Система термостатирования отсеков РН и КА используется для обеспечения температурного режима воздуха в отсеках РН и под головным обтекателем КА в период нахождения РКН на пусковом устройстве.

Комплект наземного электроснабжения спецтоками технологического оборудования СК служит для электропитания постоянным током систем и агрегатов ТлОб СК, а также бортовых систем РН вплоть до пуска РКН.

Теперь отметим некоторые особенности агрегатов и систем, входящих в состав технологического оборудования СК "Зенит".

Этот СК обеспечивает автоматизированное управление всеми процессами подготовки РКН. Наряду со своей основной функцией – подготовкой и проведением пусков РКН "Зенит" с космическими аппаратами различного назначения – стартовый комплекс позволяет содержать РКН в пристартовом хранилище, что существенно сокращает продолжительность предстартовой подготовки.

СК обеспечивает проведение не менее шести пусков РКН без ремонтновосстановительных работ. Продолжительность стоянки заправленной РН на ПУ до 12 часов, а незаправленной РН – до 7 суток. Допустимая скорость ветра при проведении предстартовой подготовки РКН составляет 25 м/с.

В состав пускового оборудования входит пусковое устройство, комплект механизмов автоматической стыковки электро-, пневмокоммуникаций, коммуникаций термостатирования и заправочных коммуникаций.

Пусковое устройство является стационарным, односкатным, заглубленным. Оно состоит из опорной рамы, четырех отводных опор, газоотражателя, закладных элементов, пневмооборудования, защитных устройств с механизмами открытия и закрытия. Поскольку система управления РН "Зенит" является гибкой, разворота ПУ с находящейся на ней РКН в плоскость стрельбы не требуется (в отличие от ПУ СК для запуска РН типа "Союз").

Комплект механизмов автоматической стыковки электрокоммуникаций и коммуникаций термостатирования позволяет проводить в автоматическом режиме стыковку и расстыковку упомянутых коммуникаций, проходящих по ТУА, со стационарными коммуникациями соответствующих систем и агрегатов СК, а также обеспечивает стыковку аппаратуры управления технологическим оборудованием с эквивалентами и имитаторами систем РН и КА при подготовке СК к приему РКН.

Комплект автоматических стыковочных устройств коммуникаций заправки предназначен для автоматической стыковки наземных заправочных коммуникаций с заправочно-дренажными горловинами РН и РБ и отстыковки их после заправки.

Транспортно-установочный агрегат предназначен для транспортирования РКН с ТК на СК, установки РКН на ПУ, снятия РКН с ПУ, кратковременного (до одного года) хранения РН. Важная роль отведена ТУА при стыковке бортовых систем с соответствующими наземными коммуникациями.

Электроаккумуляторный тягач предназначен для транспортирования поезда в составе ТУА и двух железнодорожных платформ прикрытия по железнодорожным путям нормальной колеи (1520 мм) на ТК и СК без права выхода на внешние железнодорожные пути.

Электротягач обеспечивает транспортирование поезда общей массой до 350 т со скоростью до 10 км/ч по железнодорожным путям при радиусе кривизны пути не менее 250 м и максимально допустимом уклоне пути на прямом участке 0,8%.

Длина межзарядного пробега электротягача составляет не менее 50 км.

Управление при подводе ТУА к ПУ – ручное, при отводе от ПУ – автоматическое.

Стартовое оборудование СК "Зенит" представлено кабель-мачтой, которая предназначена для стыковки и обеспечения связи КА со стационарными электро-, пневмокоммуникациями наземных систем, позволяющих контролировать состояние бортовых систем КА и обеспечивать набор готовности КА к пуску, и расстыковки их при старте РКН.

Кабель-мачта представляет собой металлоконструкцию, выполненную в виде трубы диаметром 800 мм, с коробчатым основанием. Внутри нее проложены комплекты транзитных кабелей и трубопроводы подвода сжатых газов, обеспечивающих связь КА с наземной аппаратурой до момента отрыва РКН от опор ПУ.

К заправочному оборудованию относятся:

система заправки РН окислителем;

система заправки РН горючим;

система газоснабжения СК;

система автоматизированного дистанционного управления заправкой РН (САДУ);

система термостатирования компонентов топлива;

система сбора и нейтрализации промстоков горючего;

система охлаждения гелия;

система нагрева азота для обдува ДУ на СК.

Система заправки РН окислителем предназначена для приема и хранения в емкостях хранилища жидкого кислорода, заправки им баков 1-й и 2-й ступеней РН с предварительным захолаживанием коммуникаций, возможной подпиткой и дозаправкой (при необходимости), а также слива окислителя при несостоявшемся пуске. Кроме того, система обеспечивает выдачу жидкого кислорода в систему охлаждения гелия.

Окислитель поступает в емкости хранилища из железнодорожных заправщиков. Перед его сливом в емкости хранилища, а также перед заправкой РН производится отбор проб окислителя для анализа его качества.

Система заправки РН горючим предназначена для приема, хранения и термостатирования горючего (нафтила), заправки нафтилом баков 1-й и 2-й ступеней РН с возможной дозаправкой с целью корректировки уровня, а также слива нафтила из баков РН при несостоявшемся пуске.

Перед сливом нафтила из железнодорожных цистерн в емкости хранилища, а также перед заправкой РН производится отбор проб для химического анализа и – при необходимости – обезвоживание нафтила.

Система газоснабжения СК состоит из двух подсистем: подсистемы производства сжатых газов и подсистемы их хранения и выдачи.

Подсистема производства сжатых газов (гелия, азота, воздуха) обеспечивает выполнение следующих операций:

прием газообразного гелия от передвижного железнодорожного агрегата;

повышение давления (компримирование) гелия компрессорными установками до давления 40 МПа и подача его в подсистему хранения и выдачи сжатых газов;

прием жидкого азота от передвижного железнодорожного агрегата в емкости стационарных газификационных установок;

газификация жидкого азота стационарными газификационными установками до давления 40 МПа и подача газообразного азота в систему;

компримирование воздуха стационарными компрессорными станциями до давления 40 МПа и подача его в подсистему хранения и выдачи сжатых газов;

осушка сжатых газов до влажности, соответствующей точке выпадения росы при температуре –70 °С, а также их очистка от масел и механических примесей.

Для хранения и выдачи гелия используются гелиевая приемная колонка, компрессорная установка и пневмощит выдачи.

Азот поступает на СК в жидком виде. Через колонку приема жидкого азота он поступает в стационарную емкость, а затем с помощью стационарной газификационной установки переводится в газообразную фазу. Выдача азота потребителям производится с пневмощита.

Для получения сжатого воздуха предназначена стационарная воздушная компрессорная станция.

Обеспечение требуемого качества сжатых газов выполняется в блоках очистки и осушки, контроль – в блоках отбора проб и измерения влажности.

Подсистема хранения и выдачи сжатых газов обеспечивает ими РН на ПУ, ТлОб СК, комплект автоматических стыковочных устройств коммуникаций заправки и термостатирования, системы заправки РН окислителем и горючим, систему охлаждения ПУ, систему сбора и нейтрализации промстоков горючего, а также систему термостатирования КРТ.

Подсистема обеспечивает выполнение следующих операций:

прием и хранение сжатых газов;

подачу сжатых газов для заполнения бортовых баллонов РН;

подачу сжатого азота в систему заправки РН горючим;

подачу сжатого воздуха в систему заправки РН окислителем;

подачу сжатого воздуха в систему охлаждения ПУ;

подачу сжатого воздуха в систему сбора и нейтрализации промстоков горючего.

Заправка РН КРТ и сжатыми газами производится в автоматическом режиме.

САДУ заправкой РН предназначена для автоматизированного дистанционного управления процессами заправки РН окислителем и горючим, проведения заключительных операций после пуска, при задержке пуска, при стоянке заправленной РН и работ при несостоявшемся пуске, а также для предварительного заполнения (опорожнения) резервуаров. В случае необходимости управление заправкой можно осуществлять вручную, в пооперационном режиме.

Система термостатирования КРТ используется для обеспечения температурного режима горючего в наземных емкостях. При этом производится перемешивание (барботаж) нафтила.

Система сбора и нейтрализации промстоков горючего предназначена для выполнения следующих операций:

прием и накопление промстоков, образующихся в сооружениях ПУ, в технологическом блоке и хранилище горючего;

выдача промстоков на нейтрализацию методом термического разложения (сжигания) и проведение их нейтрализации;

выдача отстоя нафтила из резервуара-отстойника в железнодорожные цистерны;

выдача отстоя воды на испарительную площадку;

приготовление моющего раствора и выдача его в сооружения ПУ, технологического блока и хранилище горючего.

Опишем работу системы. Промстоки и пары компонента (рисунок 7.7), а также углеводородное топливо (керосин) из емкости 5 подаются в камеру сгорания 1. Воздух для обеспечения горения в камеру сгорания подается вентилятором из атмосферы. Пуск камеры сгорания обеспечивается форкамерой 6. В пламени углеводородного горючего происходит термическое разложение компонента (сгорание). Нейтральные продукты сгорания являются экологически чистыми и выбрасываются в атмосферу.

Система охлаждения гелия служит для охлаждения гелия высокого давления (22 МПа) до температуры не выше –160 С, поддержания ее в течение всего процесса заправки РН и фильтрации "холодного" гелия, подаваемого на РН. На борту РН гелий содержится в шар-баллонах, находящихся в баке окислителя. Он предназначен для наддува бака окислителя при работе ДУ 1-й ступени. Для того чтобы не подавать в бак с жидким кислородом теплый газ и тем самым способствовать испарению окислителя, гелий и охлаждается до такой низкой температуры.

Рисунок 7.7 – Схема нейтрализации КРТ сжиганием 1 – камера сгорания; 2 – вентилятор; 3 – отсечные клапаны (вентили);

4 – дренажно-предохранительные клапаны; 5 – емкость углеводородного топлива;

Система состоит из четырех теплообменников, щитов управления, клапанов с пневмоприводами и фильтров. В состав системы также входят трубопроводы подачи криоагента в теплообменники, дренажа паров криоагента из теплообменников, а также трубопроводы подачи "холодного" гелия в РН и дренажа "холодного" гелия.

Система нагрева азота для обдува ДУ на СК предназначена для нагрева азота, подаваемого в двигательный отсек 1-й ступени. Тем самым в отсеке создается атмосфера, препятствующая возникновению и распространению пожара.

В состав системы входят нагреватель электродный, датчики температуры азота, датчики давления азота и трубопроводы.

Комплект наземного электроснабжения спецтоками технологического оборудования СК предназначен для электропитания постоянным током систем и агрегатов ТлОб СК. В комплект входят преобразователи и пульты дистанционного управления. Преобразование переменного тока напряжением 380 В частотой 50 Гц в постоянный ток со стабилизированным номинальным напряжением 28,5 В и распределение его по потребителям производится с помощью преобразователя статического стабилизированного.

Система термостатирования отсеков РН и КА служит для обеспечения температурного режима воздуха в отсеках РН и под головным обтекателем КА в период нахождения РКН на пусковом устройстве.

По технологическим признакам и назначению составных частей система делится на следующие структурные части: станция подготовки воздуха; узел термостатирования горючего; узлы распределения воздуха; трассовые трубопроводы между сооружениями; система управления.

К системам дистанционного управления (СДУ) технологическим оборудованием относятся:

САДУ заправкой РН КРТ;

САДУ термостатированием;

САДУ агрегатами ПУ;

СДУ нейтрализацией;

СДУ пожаротушением;

САДУ газоснабжением.

Нужно кратко отметить особенности специальных технических систем, а также вспомогательного и серийного оборудования, входящих в состав СК "Зенит".

Комплект технологических средств пожарной защиты СК предназначен для защиты сооружений СК и оборудования, размещаемого в них, от пожаров.

Комплект состоит из водопенной, а также фреоновых и душирующих установок. Водопенная установка предназначена для ликвидации очагов пожара и смыва компонентов топлива на нулевой отметке ПУ. Автоматические фреоновые установки пожарной защиты служат для автоматического обнаружения и объемного химического тушения пожара в сооружениях СК.

Душирующие установки используются для индивидуальной защиты в случае возгорания одежды эксплуатирующего персонала, работающего в сооружениях, где возможны аварийные ситуации с созданием атмосферы, обогащенной кислородом.

В состав вспомогательного оборудования входят:

система охлаждения пусковой установки;

преобразователь измерительный хромотермографический для гелиевого производства;

система контроля содержания кислорода;

переносной прибор контроля паров НДМГ и АТ;

автоматический прибор газового анализа;

система телевизионного наблюдения;

система измерений параметров наземного оборудования СК;

железнодорожный агрегат для перевозки газообразного гелия.

Система охлаждения пусковой установки предназначена для защиты покрытия газоотводного канала ПУ от воздействия высокотемпературного газового потока и его охлаждения. Система состоит из восьми сосудов, водоводов, запорных и контрольно-сигнальных устройств, четырех насадок, входящих в состав ПУ, и электрооборудования.

Система взаимодействует с системой газоснабжения, от которой она получает сжатый воздух для выдавливания воды из сосудов, а также с системой водоснабжения, от которой получает воду для заполнения сосудов.

Преобразователь измерительный хромотермографический для гелиевого производства предназначен для определения микропримесей неона, водорода, аргона и кислорода, азота, метана, окиси и двуокиси углерода в газообразном гелии.

Система контроля содержания кислорода используется для автоматического дистанционного контроля объемного процентного содержания кислорода в воздухе помещений сооружений с целью предупреждения эксплуатирующего персонала об отклонении содержания кислорода от установленной величины и выдачи сигнала для включения вентиляции.

Система работает в непрерывном режиме и обеспечивает:

автоматическое включение сигнала "НОРМА" при объемной концентрации кислорода в контролируемом воздухе от 19 до 23%;

автоматическое включение сигнала "НЕНОРМА" и отключение сигнала "НОРМА" при объемной концентрации кислорода ниже 19 и выше 23%.

Переносной прибор контроля паров НДМГ и АТ предназначен для автоматического контроля содержания гептила и амила (напомним, что этими КРТ заправляются некоторые виды КА, запускаемые с помощью РН "Зенит") в воздушной среде и информирования эксплуатирующего персонала в качестве дополнительных индивидуальных средств к стационарным приборам АПГА-Б в пристартовых хранилищах СК.

Автоматический стационарный прибор газового анализа АПГА-Б предназначен для непрерывного контроля воздушной среды пристартового хранилища с целью предупреждения личного состава о появлении опасных концентраций гептила и амила и выдачи сигнала на включение аварийной вентиляции и отключение энергопитания.

Система телевизионного наблюдения используется для визуального наблюдения за работой наземного оборудования при подготовке и пуске РН и наблюдения за полетом РКН.

Система измерений параметров наземного оборудования СК служит для документирования и контроля параметров агрегатов и систем наземного оборудования СК во время предпусковой подготовки и пуска РКН. Среди контролируемых параметров – температура горючего в емкостях хранилища, расход горючего и окислителя при заправке РН, угловые перемещения и ускорения элементов конструкции ПУ при пуске РКН.

Железнодорожный агрегат для перевозки газообразного гелия предназначен для транспортирования по железной дороге или хранения газообразного гелия в любое время года и суток при любых метеорологических условиях.

К серийному оборудованию, применяемому на СК, относятся обмывочнонейтрализационная машина, передвижная ресиверная, монтажная машина, передвижная газификационная установка, передвижная компрессорная станция УКС-400В-131, железнодорожные платформы, переносной газоанализатор на кислород ПГА-КМ и пожарные машины.

Обмывочно-нейтрализационная машина предназначена для смыва пролитых компонентов топлива водой и их нейтрализации содовым раствором, который может быть приготовлен в машине.

Передвижная ресиверная позволяет хранить и транспортировать сжатый воздух и газообразный азот под давлением 40 МПа, а также заправлять им баллоны ресиверной системы газоснабжения СК.

Монтажная машина используется при проведении регламентных и ремонтно-восстановительных работ на СК.

Передвижная газификационная установка предназначена для транспортирования, хранения, газификации жидкого азота на месте потребления и пополнения газообразным азотом баллонов стационарных и передвижных ресиверных до давления 40 МПа.

Передвижная компрессорная станция УКС-400В-131 предназначена для получения чистого осушенного сжатого воздуха и заправки им собственных баллонов, а также емкостей передвижной ресиверной до давления 40 МПа. Она представляет собой компрессорную установку, смонтированную на шасси автомобиля ЗИЛ-131. Станция состоит из пятиступенчатого поршневого компрессора с приводом от дизельного двигателя, межступенчатых и конечного холодильников, водомаслоотделителей, приборов пуска и управления, устройства для очистки и осушки воздуха, контрольно-измерительных приборов и оснащена соответствующим электрооборудованием.

Железнодорожные платформы (модели 13-401 грузоподъемностью 60 т) применяются в составе поезда при транспортировании РКН по позиционному району РКК для разъединения ТУА и электроаккумуляторного тягача.

Переносной газоанализатор на кислород ПГА-КМ предназначен для измерений содержания кислорода в газовых смесях.

Пожарные машины предназначены для ликвидации локальных пожаров РН, отдельных систем, агрегатов и сооружений, а также для работ в случае возникновения аварийных ситуаций.

Даже краткое перечисление технологического оборудования с определением только его назначения достаточно убедительно свидетельствует о сложности технологического оборудования СК, о высоких требованиях к квалификации специалистов по эксплуатации космических средств.

Подготовка РКН к пуску невозможна без заправки КА и РБ компонентами ракетных топлив и сжатыми газами. Перейдем к рассмотрению следующего целевого объекта космической инфраструктуры – заправочной станции КА и РБ.

7.3 Особенности заправки космических аппаратов и ракет-носителей.

Назначение и состав технологического оборудования заправочной станции космических аппаратов и ракет-носителей 7.3.1 Особенности заправки КА и РБ Как было отмечено ранее, ТК является распределенным комплексом, объекты которого могут быть удалены друг от друга на значительное расстояние. Одной из основных особенностей КА и РБ является то, что они заправляются высококипящими КРТ до сборки РКН на ТК и ее вывоза на СК.

Это предусмотрено технологией подготовки и определяет необходимость создания специального объекта на космодроме – заправочной станции.

Заправка КА и РБ компонентами ракетных топлив и сжатыми газами (СГ) является уникальной технологической операцией при подготовке РКН к пуску и принципиально отличается от заправки ступеней РН в силу следующих особенностей.

Операции по подготовке РКН на СК проводятся при ее нахождении на пусковой установке, к которой подведены все необходимые коммуникации от агрегатов и систем, участвующих в предстартовой подготовке. ТК же представляет собой совокупность рабочих мест, на которых последовательно осуществляется подготовка КА, РБ и РН, причем именно объекты перемещаются от одного рабочего места к другому.

РН каждого типа может выводить до 10 различных видов КА, каждый из которых в зависимости от назначения и конструкции может заправляться различными компонентами ракетного топлива. Создание заправочных станций на техническом комплексе каждого РКК потребовало бы значительных затрат всех видов ресурсов.

Технология заправки КА существенно отличается от технологии заправки РН. Это определено условиями функционирования КА в вакууме. Как известно [34], растворимость газов в жидкостях уменьшается при повышении температуры и при понижении давления. Поэтому в условиях невесомости, когда на компонент действуют только силы поверхностного натяжения, произойдет выделение из компонента растворенных газов. Образовавшиеся газовые полости нарушат целостность компонента, что может затруднить и даже сделать невозможным запуск ДУ или создать условия для неустойчивой ее работы. Для исключения этого явления КРТ перед заправкой подвергаются глубокой дегазации посредством вакуумирования.

Особенности конструкции баков КА не допускают многократности цикла "заправка – слив", т. к. перед заправкой баки вакуумируются, а для разделения газовой и жидкостной полостей используются мембраны (гибкие перегородки).

Так как ДУ КА и РБ предназначены для многократного запуска в условиях невесомости, то в конструкции топливных баков предусмотрены конструктивные решения по разделению газовой полости наддува и полости компонента бака во избежание нарушения целостности компонента. Полость компонента баков КА и РБ перед заправкой вакуумируется, а заправка производится методом вытеснения КРТ из емкости в отвакуумированную полость бака.

С целью обеспечения более высокой точности при заправке КА и РБ используется внешнее весовое дозирование. Этот способ практически нереализуем для заправки ступеней РН из-за больших доз КРТ, и приходится применять внешнее объемное дозирование.

Для КА и РБ используется более широкий спектр КРТ и сжатых газов, и к ним предъявляются более высокие требования по качеству.

Заправка газовых баллонов КА и РБ имеет ряд особенностей по сравнению с заправкой обычных баллонов. Это обусловлено тем, что баллоны КА и РБ являются тонкостенными и сферическими (шаровыми). Поэтому при резком изменении давления в шаровых баллонах тонкостенной сварной конструкции могут возникать значительные местные концентрации напряжений. Кроме того, при резком перепаде давления в таких баллонах могут возникнуть и значительные температурные напряжения, т. к. баллоны при их заполнении нагреваются, а при стравливании газа – охлаждаются. Поэтому для уменьшения опасного влияния этих факторов скорость заправки и стравливания ограничивается величиной порядка 1-3 МПа в минуту. Кроме того, при заполнении баллоны обдуваются сжатым воздухом и в ходе заправки делаются остановки – "временные ступеньки", в течение которых происходит выравнивание полей напряжений и температур в стенках баллонов.

По этим причинам нерационально системы заправки КА и РБ создавать на СК (за исключением системы заправки РБ криогенными компонентами) и на каждом ТК. Целесообразно на космодроме построить 1-2 специализированных станции заправки (в зависимости от программы освоения космического пространства и планов запуска КА), на которых будут заправляться все запускаемые с данного космодрома КА и РБ.

Поскольку заправка КА и РБ КРТ является опасным процессом, станция должна быть достаточно удаленной от жилых городков. Рассмотрим подробнее состав и характеристики заправочной станции.

7.3.2 Назначение и тактико-технические характеристики заправочной Заправочная станция КА и РБ предназначена для выполнения следующих технологических операций:

прием КРТ из железнодорожных цистерн в емкости хранилищ станции и их выдача из емкостей хранилищ в железнодорожные цистерны;

выдача проб для контроля качества КРТ и СГ в период хранения и перед заправкой ДУ КА и РБ;

вакуумирование заправочных коммуникаций и баков ДУ КА и РБ;

заправка КА и РБ КРТ и сжатыми газами;

слив компонентов топлива из баков ДУ КА и РБ в емкости станции;

стравливание сжатых газов из шар-баллонов КА и РБ;

нейтрализация КА и РБ в рабочих залах заправочного корпуса станции;

нейтрализации заправочного оборудования станции от остатков КРТ;

сбор и нейтрализация паров и промстоков КРТ.

Основные тактико-технические характеристики заправочной станции КА и РБ космодрома Байконур приведены в табл. 2.3.

Таблица 7.1 – ТТХ заправочной станции КА и РБ Год ввода в эксплуатацию/год реконструкции 1966/ Номенклатура (количество) применяемых КРТ, шт. Достигаемая остаточная массовая концентрация растворенных 0, в КРТ газов при дегазации, кг/м Степень унификации применяемого технологического оборудования для различных КРТ, % Наибольшее количество КРТ в хранилищах станции:

Наибольшее количество сжатых газов в ресиверной при давлении 40 МПа и температуре 20 С:

Способ заправки объектов:

компонентами топлива – вытеснением сжатым азотом или гелием;

сжатыми газами – перепуском газов из баллонов ресиверной;

способ определения выданной при заправке дозы – весовой Максимальное разрежение, создаваемое в откачиваемых сухих От 5 до емкостях, мм рт. ст.

7.3.3 Состав и назначение технологического оборудования заправочной В состав заправочной станции КА и РБ входят здания и сооружения, системы и агрегаты технологического оборудования, технические системы, инженерные сети тепло-, водоснабжения и канализации, подъездные автомобильные дороги, железнодорожные пути, линии связи.

Основные здания и сооружения станции (рисунок 7.8):

заправочный корпус;

холодильный центр;

хранилища "О" и "Г";

приемные колонки "О" и "Г";

сооружения сбора промстоков "О" и "Г";

площадки нейтрализации промстоков "О" и "Г";

трансформаторная подстанция и вентиляционная.

Заправка двигательных установок КА и РБ на станции производится в заправочном корпусе. Транспортирование объектов (КА и РБ) в заправочный корпус осуществляется по железнодорожному пути.

Технологические входы в корпус закрыты затворами герметичными откатными (ЗГО) № 2 и 5. Геометрические размеры затворов: высота – 5,5 м;

ширина – 7 м. Главный зал заправочного корпуса разделен аналогичными затворами ЗГО № 3 и 4 на три рабочих зала.

Рабочий зал № 1 предназначен для заправки объектов горючим, ксеноном и пропаном; рабочий зал № 2 – для заправки объектов сжатыми газами;

рабочий зал № 3 – для заправки объектов окислителем и пероксидом водорода.

Технологическое оборудование (системы и агрегаты) станции используются для заправок ДУ 44 типов КА и РБ. Разнообразие технологического оборудования, применяемого при работе с различными ДУ КА и РБ, принятые технологии проведения заправочных работ требуют значительного количества обслуживающего персонала и его высокой квалификации.

Для размещения основной части технологического оборудования и технических систем предназначены помещения заправочного корпуса:

пультовые "О", "Г" и СЭС, дозаторная "030", ресиверная.

Технологический процесс заправки КА и РБ включает в себя ряд последовательно проводимых операций по подготовке (термостатирование, дегазирование) и дозированной выдаче горючего или окислителя в баки ДУ заправляемого объекта, а также заправке объекта сжатыми газами.

ТлОб, используемое при заправке КРТ и сжатыми газами баков ДУ и баллонов КА и РБ, условно можно разделить на группы:

заправочное оборудование;

вакуумное оборудование;

оборудование термостатирования;

оборудование сбора, сжигания промстоков КРТ и нейтрализации КРТ;

оборудование газового контроля и газосодержания КРТ.

Рисунок 7.8 - Принципиальная схема заправочной станции КА и РБ Для обеспечения работы ТлОб станции задействованы следующие технические системы: электроснабжения и электрического оборудования;

электроавтоматики; отопления и вентиляции; оборотного водоснабжения и канализации; пожаротушения; микрофонно-шлемофонной и громкоговорящей связи; система герметичности залов.

Заправочное оборудование состоит из систем заправки окислителем, горючим, пероксидом водорода, сжатыми газами и системы дистанционного управления заправкой (СДУЗ). Наибольшее внимание уделено заправочному оборудованию ввиду его сложности, потенциальной опасности и значительного объема в структуре заправочной станции.

Система заправки окислителем (горючим) предназначена для выполнения следующих функций прием в хранилища КРТ и их хранение;

термостатирование, дегазация, фильтрация КРТ перед заправкой объектов;

выдача КРТ в пробоотборные банки для проведения анализа химического состава и газосодержания;

заправка КРТ в баки "О" ("Г") объектов;

прием КРТ в емкости системы при сливе из объектов.

Оборудование систем стационарное и размещено в заправочном корпусе и хранилищах "О" и "Г". В хранилищах "О" и "Г" под различные окислители и горючее имеется по три емкости. Трубопроводы, связывающие оборудование систем, проложены в проходном канале и в помещениях сооружений.

Системы состоят из четырех заправочных линий, предназначенных для различных окислителей и горючих. Заправка окислителей и горючих в объект может проводиться по любой из линий.

Каждая из заправочных линий (I, II, III) имеет в своем составе дозирующие емкости, установленные на весах, обеспечивающих выдачу доз окислителя и горючего в заправляемый объект с автоматической отсечкой дозы. Весы с емкостью для "О" ("Г") образуют дозатор "О" ("Г").

IV линия предназначена для заправки объектов "до перелива" непосредственно из емкости хранилища и последующего слива заданной дозы из объекта в переносную емкость, устанавливаемую на платформу весов.

Система заправки пероксидом выполняет следующие функции:

приготовление и хранение дистиллированной воды, что необходимо для работы с бортовыми аккумуляторными батареями;

прием в емкости пероксида водорода для заправки в баки объектов;

термостатирование пероксида водорода;

дозированная заправка объектов пероксидом водорода;

приема пероксида водорода при сливе из объектов.

Оборудование системы размещено в заправочном корпусе. В дозаторной "030" имеются специальные весы, на которых установлена дозирующая емкость. Весы с емкостью образуют дозатор продукта "030". Все оборудование связано трубопроводами.

Контроль качества КРТ состоит из отбора пробы из емкости, определения характеристик продукта и сравнения их значений с требованиями нормативнотехнических документов на продукт. Контроль осуществляется средствами химической лаборатории.

Система заправки сжатыми газами состоит из системы газоснабжения и систем заправки ксеноном и пропаном.

Система газоснабжения предназначена для приема и хранения сжатых газов (азота, азота высшего качества (ВК), гелия, воздуха), дозированной выдачи сжатых газов требуемого давления в шар-баллоны заправляемого объекта, приема сжатых газов из объекта. Кроме того, система обеспечивает проверку влагосодержания сжатых газов, выдачу воздуха для проверки герметичности и опрессовки металлорукавов, проверки срабатывания предохранительных клапанов и обдува шар-баллонов заправляемых объектов.

На заправочной станции осуществляется производство только сжатого воздуха стационарным компрессором, остальные газы поставляются с кислородно-азотного завода космодрома или предприятий промышленности в специальных агрегатах на железнодорожном ходу. Газификация сжиженного азота осуществляется в газификационной установке. Хранение сжатых газов происходит в ресиверной.

Оборудование расположено в различных помещениях заправочного корпуса и связано между собой трубопроводами, проложенными в технологических каналах и вдоль стен помещений.

Система заправки ксеноном предназначена для хранения и выдачи ксенона в объект, а также приема ксенона из емкостей объекта в случае его несостоявшегося применения. Оборудование расположено в зале № 2.

Приведем некоторые характеристики системы:

выдаваемый газ – ксенон высокой чистоты (ГОСТ 102219-77);

величина выдаваемой дозы – от 1 до 35 кг;

максимальное давление ксенона – 20 МПа;

температура выдаваемого ксенона – от 25 до 35°С.

Система заправки пропаном имеет аналогичное назначение.

Технические данные системы:

выдаваемый пропан должен соответствовать ТУ 51-882-79;

количество пропана в дозирующей емкости – 2,1 кг;

погрешность взвешивания дозы пропана – ±0,05 кг;

температура выдаваемого пропана – от 5 до 45 °С;

способ выдачи пропана – вытеснение парами пропана в отвакуумированную емкость объекта.

Система дистанционного управления заправкой предназначена для дистанционного управления в операционном и ручном режимах работой систем заправки окислителем, горючим и сжатыми газами, которые участвуют в заправке объекта, а также для контроля за правильностью прохождения операций.

Оборудование системы расположено в пультовых "О" и "Г" и других помещениях заправочного корпуса.

Система вакуумирования КРТ предназначена для откачки из замкнутых объемов насыщенных паров окислителя, горючего, пероксида водорода и газов (воздуха, газообразного азота, гелия) от атмосферного давления до давления 1,010–2 мм рт. ст.

Система состоит из трех аналогичных вакуумных установок "О", "Г" и "030", которые отличаются лишь модификациями вакуумных насосов и нагревательными элементами.

Вакуумная установка состоит из вакуумной и шести вспомогательных магистралей. Вакуумная магистраль обеспечивает создание заданного разрежения в откачиваемых объемах с помощью механического вакуумного насоса. По вспомогательным магистралям подается охлаждающая вода, азот для управления отсечным пневмоклапаном и осуществляется слив конденсата из азотных ловушек при замораживании.

Плотность КРТ зависит от температуры и в реальном диапазоне эксплуатационных температур достаточно точно описывается линейной функцией t – температурная поправка плотности, г/(см град).

Температурная поправка для пероксида водорода равна 0,001, для керосина – 0,00085, для окислителей на основе азотной кислоты и НДМГ – 0,005 – 0,007 г/(см3 град).

Следовательно, в бак емкостью 0,1 м3 при температурах 20 и 25 С можно заправить: пероксида водорода – 144,0 и 135,5 кг (меньше на 6,3%); керосина – 800,0 и 795,8 кг (меньше на 0,5%); АТ и НДМГ – 145,0 и 142,5 кг (меньше на 1,3%) соответственно.

Понижением температуры КРТ (так называемым захолаживанием) можно осуществить большие заправки КРТ в баки КА и РБ.

Система термостатирования предназначена для автоматического охлаждения или подогрева технологического теплоносителя, поступающего в теплообменники систем заправки "О" и "Г", создающих заданный режим термостатирования (охлаждение, нагрев) продуктов "О" и "Г".

Все оборудование системы размещено в холодильном центре. В его состав входят три холодильные машины для захолаживания теплоносителя, каждая из которых состоит из компрессорно-конденсаторного и испарительнорегулирующего агрегатов и центробежных насосов для подачи теплоносителя к теплообменникам систем заправки "О" и "Г". От холодильного центра по непроходным каналам проложены трубопроводы теплоносителя для теплообменников систем заправки "О" и "Г", расположенных в заправочном корпусе.

Система управления термостатированием предназначена для автоматического управления подогревом и охлаждением теплоносителя в системе термостатирования, поступающего в теплообменники систем "О" и "Г".

Система обеспечивает выполнение следующих операций:

дистанционное автоматическое управление работой насосов;

дистанционное автоматическое управление холодильными машинами;

дистанционный контроль температуры.

Важную роль играет оборудование, предназначенное для нейтрализации паров и проливов КРТ. В его состав входит система сбора и сжигания паров КРТ и промстоков, а также система водоподготовки и нейтрализации заправочного оборудования.

Система сбора и сжигания паров КРТ и промстоков состоит из двух автономных групп оборудования "О" и "Г", находящихся в различных помещениях, сооружениях и технических колодцах, и предназначена для выполнения следующих функций:

сбор промстоков, образующихся при смыве водой проливов продуктов в технологических помещениях и сооружениях станции, при нейтрализации металлорукавов и других устройств, при нейтрализации объектов и заправочного оборудования, а также при срабатывании системы пожаротушения;

сбор конденсата, образующегося при прохождении через разделители паров продуктов;

подача промстоков и паров КРТ в агрегаты нейтрализации "О" и "Г" для нейтрализации.

Удаление промстоков из сливных приямков осуществляется струйными насосами, а из сливных трапов – самотеком.

Агрегат нейтрализации паров и промстоков "О" предназначен для нейтрализации промстоков (водных растворов) амилина, меланжа, амила и их паров в смеси с воздухом.

Агрегат нейтрализации паров и промстоков "Г" служит для нейтрализации промстоков (водных растворов) гептила, нафтила, амидола, синтина.

Используемый метод нейтрализации и горючих, и окислителей – термическое разложение (сжигание). Для этого в агрегатах применяется керосин марок Т-1, Т-2, ТС-1. Производительность агрегатов составляет 200 м3/час для паров, 500 л/час – для промстоков.

Для функционирования системы водоподготовки и нейтрализации заправочного оборудования получают воду, пригодную для нейтрализации, и готовят нейтрализующий раствор. Система выполняет следующие функции:

подача воды и нейтрализующего раствора к оборудованию систем заправки "О" и "Г";

нейтрализация объектов, металлорукавов и съемного оборудования, соприкасающегося с продуктами "О" и "Г";

нейтрализация систем заправки "О" и "Г".

Оборудование газового контроля и газосодержания КРТ состоит из системы контроля газосодержания в компонентах топлива и систем газового контроля воздуха рабочих помещений станции.

Система контроля газосодержания в компонентах топлива предназначена для определения массовой концентрации гелия и азота, растворенных в "О" и "Г". Пределы определения концентраций: от газонасыщенных до глубоко дегазированных компонентов топлива.

Система газового контроля воздуха рабочих помещений состоит из систем газового контроля "О" и "Г", кислорода, амидола, которые аналогичны по назначению и устройству системам СК.

Основные процессы заправки КА токсичными КРТ проиллюстрированы на рисунке 7.9.

Рисунок 7.9 – Схема заправки КА токсичным КРТ (с внешним дозированием) на заправочной станции КА и РБ 1 – КА; 2 – емкость хранилища КРТ; 3 – отсечные клапаны (вентили); 4 – дренажно-предохранительные клапаны;

5 – дроссельная шайба; 6 – наполнительное соединение; 7 – массовый дозатор; 8 – вакуумный насос; 9 – устройство для замера КРТ в дозаторе; 10 – сливная емкость; 11 – фильтр; 12 – теплообменник системы термостатирования;

Термостатирование КРТ происходит следующим образом: насос 14 через открытый вентиль 3 забирает КРТ из емкости хранилища 2 и подает его в теплообменник 12 системы термостатирования, в котором осуществляется подогрев (охлаждение) КРТ до требуемой температуры, затем через вентили и фильтры 11 подает в емкость хранилища.

При вакуумировании топливных баков КА вакуумный насос 8 через вентиль 3 удаляет воздух из топливного бака КА 1.

При дозировании КРТ с помощью насоса 14 заполняется дозатор 7, а контроль дозы осуществляет весовое устройство 9.

Далее осуществляется заправка КА КРТ: в дозатор подается газ наддува, который через дроссельную шайбу 5 и открытый вентиль 6 выдавливает КРТ в предварительно отвакуумированный бак КА 1.

Слив остатков КРТ осуществляется через вентили 3 в сливную емкость 10.

Пары КРТ из газовых полостей дозатора 7, сливной емкости 10 и емкости 2 хранилища, а также промстоки из сливной емкости 10 поступают в систему сбора и сжигания паров КРТ и промстоков.

Заправочная станция КА и РБ является одним из наиболее ответственных объектов космодрома. На ней производится заправка КА и РБ высококипящими компонентами. В некоторых типах РБ используются криогенные КРТ, и заправка ими просходит на СК, непосредственно перед пуском РКН.

РАЗДЕЛ 4. ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ

РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

8 РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА КАК ОБЪЕКТ

ПРОИЗВОДСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ

Основной целью проведения современного эксперимента является разработка математической модели, адекватно описывающей процесс и позволяющей, в конечном результате, осуществлять управление протеканием данного процесса.

8.1 Особенности ракетно-космической техники как объекта 8.1.1 Особенности наземной эксплуатации космических средств Космические средства (КСр) создаются для удовлетворения определенных потребностей, связанных с освоением и использованием космического пространства. Их использование по назначению (эксплуатация) является длительным и трудоемким процессом. При этом необходимо решать различные специфические проблемы, свойственные только этому процессу.

Эти проблемы зависят от свойств КСр, но не всех, а только тех, которые проявляются (реализуются) при их эксплуатации. Такие свойства называются эксплуатационными. Именно эксплуатационные свойства КСр обусловливают технологию (приемы и способы) их эксплуатации.

Эксплуатация – это тот самый этап, ради которого разрабатываются и создаются КСр, как и любые технические устройства (объекты). Роль человека в процессе эксплуатации КСр определяется не только потреблением полезного эффекта от их эксплуатации. Очень важным является то обстоятельство, что человек должен взаимодействовать с техническим устройством для обеспечения получения полезного эффекта, быть рабочим звеном в системе человек-машина, или эргатической системе. Чем меньше по объему и продолжительности это взаимодействие, тем выше (при прочих равных условиях) совершенство изделия как объекта эксплуатации. Иными словами, характер и объем тех действий, которые человек как рабочее звено системы человек-машина должен провести для достижения заданной цели, определяет облик изделия как объекта эксплуатации, или его эксплуатационный портрет.

Для достаточно большого количества технических устройств (в частности, КСр) характерной является ситуация, когда непосредственному получению пользы от объекта предшествует длительный и трудоемкий подготовительный процесс. Так, о получении конкретного целевого результата, удовлетворении потребности, связанной с использованием КСр по назначению, можно говорить лишь тогда, когда космический аппарат успешно функционирует на орбите (находится в летной эксплуатации). Но этому предшествует длительный (несколько недель и даже месяцев) этап подготовки ракеты-носителя (РН), космического аппарата (КА) и, если это предусмотрено, разгонного блока (РБ) на космодроме. В ходе этого этапа, который называется наземной эксплуатацией, польза еще не извлекается, а только создаются условия для ее получения. В ряде случаев наземная эксплуатация является более длительным и трудоемким процессом, чем летная. При существующих способах доставки КА на орбиту (одноразовые и многоразовые ракетыносители) этап наземной эксплуатации является неизбежным. Поэтому человек вынужден создавать громоздкие и дорогостоящие технические и стартовые комплексы на космодромах. Эти комплексы предназначены для предстартовой подготовки РН, КА, РБ. Других средств решения этих задач пока не существует.

Наземная эксплуатация КСр во многом предопределяет результаты их использования по назначению. Если в ходе этого этапа будут выполнены не все предусмотренные мероприятия или будут пропущены дефекты в бортовых системах РН, КА и РБ, то это может привести к невыполнению задач космического полета. Космическим средствам приходится придавать высокий уровень таких свойств, которые не потребуются при их применении по назначению, но которые необходимы при наземной эксплуатации. В частности, такие свойства РН, КА, РБ как сохраняемость, ремонтопригодность, транспортабельность и ряд других реализуются только при наземной эксплуатации, а при летной они уже не нужны, и на первый план выходят безотказность и долговечность КСр. Во многом эти обстоятельства определяют облик РН, КА и РБ как объектов эксплуатации.

Сложные задачи наземной эксплуатации КСр предопределили необходимость их решения в рамках системы эксплуатации КСр, которая была создана к середине 60-х годов. Это было связано с тем, что космические средства коренным образом отличались от ракетного вооружения и других видов техники. Основой для разработки системы эксплуатации стал комплекс испытаний РН, КА, РБ перед их применением по назначению и накопленный к тому времени опыт эксплуатации КСр. В тот период возникли новые, ранее не решавшиеся задачи, связанные с вводом КСр в эксплуатацию, а именно:

обоснование необходимых проверок состояния РН, КА, РБ перед применением;

введение промежуточных состояний КСр – технических готовностей;

организация рекламационной работы; метрологическое обеспечением КСр и др.

Дальнейшее развитие и совершенствование системы наземной эксплуатации КСр обусловлено следующими особенностями РН, КА, РБ как объектов эксплуатации:

высокая стоимость КСр и связанная с этим высокая цена ошибки, которая может быть допущена при эксплуатации КСр;

высокая степень опасности для людей и окружающей среды (в том числе и по трассе полета);

удаленность заводов-изготовителей КСр от мест их эксплуатации (космодромов) и связанная с этим необходимость разработки и использования специальных транспортных средств;

необходимость проведения сборочно-монтажных работ на космодроме, так как транспортировать РН в собранном виде с завода-изготовителя (арсенала) невозможно;

необходимость разработки и внедрения системы подготовки и принятия технических решений, связанных с эксплуатацией КСр;

длительность и трудоемкость технологического процесса подготовки РН, КА, РБ к применению;

обеспечение возможности содержания КСр в технических готовностях для оперативного решения задач по восполнению и наращиванию орбитальной группировки КА, необходимость наличия арсеналов для хранения КСр;

необходимость создания запасов различных видов на космодроме для оперативного решения возникающих вопросов;

необходимость оценивания и поддержания на требуемом уровне технического состояния КСр;

необходимость наличия и совершенствования системы подготовки специалистов различного профиля и различной квалификации.

Эти особенности предопределили иерархическую структуру КСр, которая будет рассмотрена ниже.

8.1.2 Функциональные особенности РКК Ракетно-космический комплекс предназначен для подготовки РН, КА, РБ к применению по назначению и вывода КА (КА с РБ) на околоземную орбиту.

Анализ выполняемых РКК функций показывает, что все они могут быть разделены на две группы:

приведение бортовых систем РН, КА, РБ в состояние, позволяющее провести пуск ракеты космического назначения (РКН) в установленное время, вывести КА на заданную орбиту и обеспечить функционирование КА в полете;

проверка технического состояния бортовых систем РН, КА, РБ и устранение обнаруженных неисправностей.

Технология всех проводимых при функционировании РКК работ определяется конструкцией КСр. Объем и длительность процесса подготовки РН, КА, РБ, степень автоматизации работ и обработки их результатов характеризуют эксплуатационное совершенство КСр.

При функционировании РКК решаются следующие задачи:

транспортирование РН, КА, РБ и комплектующих элементов с заводаизготовителя или арсенала на космодром;

хранение РН, КА, РБ и комплектующих элементов;

проведение всего необходимого объема работ по подготовке РН, КА, РБ на техническом комплексе по установленной технологии, включая проверку состояния бортовых систем, установка комплектующих элементов и сборка РКН;

транспортирование РКН на стартовый комплекс;

подготовка РКН к пуску на стартовом комплексе, заправка РН (и РБ) компонентами ракетного топлива (КРТ);

Ракетно-космические комплексы могут входить в состав различных космических комплексов. Технический облик РКК определяется ракетойносителем, а также космическими аппаратами и разгонными блоками, которые РН будет выводить на околоземные орбиты.

В состав РКК входят ракета космического назначения (РКН), технический, стартовый комплексы, а также комплекс средств измерений, сбора и обработки информации и комплекс падения отделяемых частей РКН.

Комплекс средств измерений, сбора и обработки информации (КСИСО) предназначен для обеспечения контроля полета РКН на участке выведения, а также обработки поступающей информации. Основными функциями КСИСО являются контроль состояния и оценка качества функционирования бортовых систем РН в полете, прогнозирование мест падения отделяемых частей РКН. Оборудование КСИСО размещено на техническом и стартовом комплексах, а также в сооружениях измерительных пунктов, которые расположены вдоль трассы полета РКН. Необходимое их количество и расположение определяется условиями непрерывного контроля полета РКН и получения информации на протяжении всего участка выведения вплоть до отделения КА (КА с РБ) от РН. Измерительные пункты и вычислительный центр, находящийся на космодроме, образуют полигонный измерительный комплекс (ПИК).

Комплекс падения отделяемых частей РКН (КПОЧ) предназначен для поиска отделяемых от РКН створок головного обтекателя (сборочно-защитного блока) и отработавших ступеней РН, обследования мест их падения, сбора и утилизации, а также ликвидации последствий заражения местности компонентами ракетного топлива, оставшимися в баках ступеней.

Выведение КА на околоземные орбиты с использованием многоступенчатых РН требует отчуждения под районы падения отделяемых частей РКН достаточно больших участков местности, расположенных вдоль трассы полета РКН, то есть тех участков, на которые при штатном полете РКН предполагается падение ее отработавших элементов. В качестве районов падения используются, как правило, территории с низкой интенсивностью хозяйственной деятельности. Эти участки в форме эллипсов или многоугольников занимают (для отечественных космодромов) значительные площади на территориях России, Казахстана, Узбекистана, Туркменистана, а также в акваториях Белого и Баренцева морей. При входе в плотные слои атмосферы или непосредственно в местах падения отделяемые части РКН разрушаются, в результате чего место падения подвергается экологически вредному воздействию ряда факторов, среди которых наиболее значимыми являются проливы компонентов ракетного топлива и засорение поверхности земли фрагментами отделяемых частей РКН. До недавнего времени отвод земель под районы падения не встречал серьезных затруднений. Размеры районов падения назначались, исходя из принципа попадания в них практически всех отделяемых частей. Однако последние годы характеризуются возросшим интересом местных органов власти и населения, проживающего в непосредственной близости от районов падения, к экологической ситуации в этих районах. Для решения возникающих проблем необходима соответствующая правовая база.

Все вышеуказанные работы по поиску отделяемых частей РКН и их утилизации организуются отделом испытательных полей, который входит в состав космодрома. В состав этого отдела входит несколько отдельных испытательных станций, за которыми закреплены районы падения отделяемых частей РКН. При штатном падении отделяемых частей РКН для проведения работ непосредственно в местах падения из состава сил и средств отдельных испытательных станций формируются наземные или воздушные поисковые группы.

Важнейшими элементами РКК, обеспечивающими решение задач наземной эксплуатации РН, КА, РБ вплоть до пуска РКН, являются технический и стартовый комплексы. Необходимость наличия ТК и СК обусловлена принятой двухэтапной стратегией подготовки РН, КА, РБ к применению.

На техническом комплексе (ТК) должен выполняться максимально возможный объем работ. Это сборочно-монтажные работы и операции по проверке бортовых систем РН, КА, РБ. Технология проведения работ определяется конструктивными особенностями РН, КА, РБ. В состав ТК входит технологическое оборудование, необходимое для проведения работ, здания, сооружения и другие необходимые средства. Иногда говорят о технических комплексах РН, КА, РБ, РКН, входящих в состав технического комплекса РКК.

Технологическое оборудование технического комплекса размещается на технической позиции. Основными сооружениями ТК являются монтажноиспытательный корпус (МИК), хранилище РН, КА, РБ, компрессорная станция, хранилище пиросредств, зарядно-аккумуляторная станция, заправочная станция КА и РБ.

Транспортирование КСр и других видов материальных средств на технической позиции осуществляется железнодорожным и автомобильным транспортом. Для производства погрузочно-разгрузочных работ имеются эстакады, подъездные пути и технологические площадки.

МИК - главное сооружение технического комплекса, в котором размещаются комплекты технологического оборудования ТК. Технологическое оборудование обеспечивает проведение всего комплекса работ с РН, КА и РБ:

выгрузку из вагонов составных частей КСр и их прием; сборку РН; автономные и комплексные испытания РН, КА и РБ; стыковку КА с РН; подготовку РКН к транспортированию на стартовый комплекс.

МИК может состоять из одного или нескольких залов, в которых развернуты рабочие места с соответствующим технологическим оборудованием по подготовке РН, КА, РБ к применению. В МИКе одновременно может проводиться подготовка нескольких РН, КА, РБ различных типов.

Для проведения погрузочно-разгрузочных работ залы МИКа оборудованы мостовыми кранами.

Для обеспечения нормальных условий жизнедеятельности личного состава боевых расчетов и функционирования технологического оборудования МИК оснащен техническими системами. К ним относятся системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, водоснабжения и канализации, противопожарной защиты и др.

Зарядно-аккумуляторная станция предназначена для подготовки и зарядки аккумуляторных батарей, используемых в качестве бортовых источников питания РН и КА. Следует отметить, что подготовка бортовых источников питания является одной из наиболее длительных операций подготовки РН, КА, РБ на ТК. Она может занимать несколько суток.

Стартовый комплекс (СК) – наиболее сложный и ответственный элемент РКК. В его состав входят стационарные и подвижные технические средства и сооружения, предназначенные для обеспечения подготовки и пуска РКН. Технологическое оборудование стартового комплекса РКК размещается на стартовой позиции РКК.

Основными сооружениями стартового комплекса являются одна или две пусковые установки, стартовые хранилища РКН, технологический блок, в котором размещаются основные системы и агрегаты подготовки и пуска РКН, компрессорная станция, ресиверная (хранилище сжатых газов), стационарные хранилища компонентов ракетного топлива, дизельная электростанция, укрытие для личного состава, хранилища для транспортных средств.

В состав технологического оборудования стартовых комплексов входит:

стартовое и подъемно-транспортное оборудование;

оборудование заправки, газоснабжения и термостатирования;

контрольно-проверочное оборудование;

системы электроснабжения;

специальные технические системы.

Работы, проводимые на стартовом комплексе, представляют значительную опасность для обслуживающего персонала. В основном это связано с большими количествами компонентов ракетного топлива, заправляемых в баки РН, и их вредными для человека и окружающей среды свойствами. Это обусловливает высокие требования к герметичности наземных и бортовых магистралей и баков РН, а также к правилам и мерам безопасности при проведении работ. Даже если все процессы автоматизированы, всегда существует опасность возникновения неисправности, требующей появления специалистов около заправленной РН. Проблемы безопасности при функционировании СК стоят очень остро.

Стартовый комплекс – это комплекс-труженик. С него постоянно осуществляются запуски КА различного назначения. Он должен быть универсальным (по типам КА, а в перспективе – и по типам РН), многоразового использования. Поэтому весьма актуальными являются проблемы технического состояния СК и поддержания его на требуемом уровне.

Все вышеописанные комплексы предназначены для того, чтобы обеспечить пуск ракеты космического назначения – самого главного элемента РКК. В системе эксплуатации РКК именно РКН является объектом эксплуатации. В состав РКН входят ракета-носитель и космическая головная часть, которая, в свою очередь, состоит из космического аппарата, разгонного блока и сборочно-защитного блока (СЗБ), предназначенного для защиты КА (и РБ) от аэродинамических нагрузок в плотных слоях атмосферы. Строго говоря, СЗБ не должен входить в состав космической головной части, поскольку сбрасывается до вывода КА (КА с РБ) на орбиту. Выше говорилось, что процесс подготовки РН, КА, РБ к применению (процесс их наземной эксплуатации) во многом обусловлен их конструктивными особенностями, которые будут рассмотрены ниже. Речь, таким образом, пойдет не о конструкции КСр, а о тех их особенностях, которые определяют технологию их наземной эксплуатации.

8.1.3 Особенности производства подготовки и пуска РКН Глобальной целью РКК является выведение КА на заданную орбиту с ограничениями по точности, оперативности, своевременности и т. д.

Современное состояние науки и техники позволяет выполнить эту задачу, если в качестве носителя КА используется РН.

Согласно положениям теоретической механики, в виде формулы Циолковского потребное значение орбитальной скорости полета v определяется простым соотношением где u – скорость истечения продуктов сгорания, М=М(t) – масса РКН, mПН, mК -масса полезной нагрузки и конструкции ракеты;

n – количество ступеней, откуда видно, что mК должна быть по возможности меньше.

Однако, достичь первой космической скорости (круговой) удается только при использовании нескольких (min двух) ступеней.

Таким образом, ракета должна иметь значительную массу топлива, малую по массе конструкцию, а также быть многоступенчатой. При этом скорость истечения (u) должна быть по возможности высокой. А поскольку (из газовой динамики) где k, R –коэффициент адиабаты и газовая постоянная;

T0, p0 - параметры температуры и давления в камере двигателя;

pa - давление атмосферы, то достичь существенных скоростей 2500-3500 м/с удается за счет высоких температур и давлений (P0 20-25 МПа, Т0=3500-4000o К) Это определяет особенности РКН, как объекта эксплуатации Габаритные характеристики ступеней РН не могут входить в противоречие с ограничениями по габаритам для транспортных магистралей страны. Для ж/д магистралей max 3,9 – 4 м, max L = 30 м.

высокотемпературная струя, способная «разрезать» не только саму ракету, но и бетонные и металлические конструкции СК (с температурой плавления 1800o К).

Большой запас КРТ (иногда самовоспламеняющихся компонент) делает ракету после заправки – потенциально опасным объектом. Как показывает расчет и печальный опыт пусков, ее тротиловый эквивалент достигает 450 тонн ( 0,5Кт), что приближает ракету скорее к ядерному фугасу.

Таким образом, ракета является очень специфическим объектом. С одной стороны – громоздким, хрупким и незащищенным, а с другой – очень взрывоопасным. Поэтому всякие работы с ней опасны и ответственны.

Реальная опасность летящей ракеты, ее потенциальная взрывоопасность, а также географические особенности ее запуска, делают невозможным ее пуск около заводов изготовителей.

В силу этого она должна доставляться на специально оборудованные позиции, для чего нужен специальный транспорт, при этом габариты ступеней ракеты должны соответствовать ограничениям, действующим на транспортных магистралях.

Сам же процесс транспортировки опасен по нагрузкам для ракеты больше нежели ее полет, поэтому после доставки ракеты к месту размещения комплекса необходимо:

выполнить проверки ее целостности и работоспособности, собрать поставляемые (подчас с разных предприятий) ее элементы;

оценить качества сборки и функционирование во время полета.

Поскольку РКН состоит из КА, РН и РБ то и с ним необходимо выполнить такие же операции.

Собранная в единый агрегат РКН требует:

термостатирования КА;

наддува баков РН, для придания ей необходимой жесткости;

обеспечения заданного температурно-влажностного режима внутри баков для криогенных компонентов во избежание появления льда из влажного атмосферного воздуха при заправке;

создание дополнительных тарированных по реакции опор вдоль корпуса;

заземления корпуса во избежание повреждений системы управления.

Внутри полигонные особенности Транспортировка РКН на СП важная и самостоятельная технологическая операция.

Собранная РКН, как правило, выступает за традиционные транспортные габариты. Ограничения по устойчивости к опрокидыванию, продольным и поперечным перегрузкам ужесточаются.

При этом, КА постоянно термостатируются, а баки РН либо остаются наддутыми, либо «дышат» через специальные системы абсорбирующие влагу.

Перед установкой на ПУ, ракета должна быть вывешена над его опорами с точностью до 3-5 мм при общем эффективном диаметре до 15 м, высоте 60-100м и «сухом» весе до 300 т.

Передача веса ракеты на опоры ПУ должна быть выполнена так, чтобы многоопорная статистически неопределимая система «ПУ – ракета» не испытывала «ножевых» нагрузок.

Установка же РКН в предстартовое положение, должна выполнятся так, чтобы изгибающие ее корпус напряжения от собственного веса не привели к необратимым деформационным последствиям.

Еще одной особенностью РКН является инерционная система управления, работающая в полете автономно. Точность положения РКН на старте определяет точность выведения КА. Таким образом, РКН весом до т и высотой до 100 м необходимо ориентировать по азимуту с точностью до 10'', а это удается при точной ее вертикализации порядка (35)'.

Большие габариты при относительно низкой «сухой» массе ракеты делает ее чрезвычайно неустойчивой в ветреную погоду. При скорости ветра 1520 м/с она может быть сдвинута или опрокинута с опорных точек ПУ.

На борт пилотируемых КА необходимо доставить экипаж.

Расположенная на СК ракета должна быть состыкована с наземными системами проверки и заправки, в ее систему управления необходимо ввести полетное задание, а кроме этого она должна получить команду на запуск своих двигателей. Для этого с бортом ракеты на старте стыкуются газовые и жидкостные магистрали и кабельные стволы, число стыков при этом может достичь 50-300.

11. Выполнение процессов стыковки этих магистралей проводится на 510 ярусах, по высоте ракеты. Для этого вокруг нее должны быть развернуты площадки обслуживания, установленные на БО. Работа на открытом воздухе на высоте десятков метров зимой (летом при ветре и дожде) требуют создание условий для л.с. С этой целью на БО устанавливаются системы вентиляции, ветрозащиты, пожаротушения, системы экстренной эвакуации и т.д.

12. Заправка ракеты компонентами ракетных топлив, особенно криогенных, проводится при условии герметичности стыка «земля – борт».

Значительный перепад температур, сопровождающий работу этого устройства, приводит к тому, что наполнительное устройство в таком стыке должно «давить» на борт ракеты с усилием в несколько тонн. Самой же заправке криогенным компонентом предшествует операция продувки и захолаживания заправочных магистралей, а после заправки продолжается «подпитка»

постоянно испаряющегося криогенного компонента.

13. Перед пуском ракеты от ее борта отстыковываются большинство коммуникаций, причем так, чтобы плети кабельных стволов и магистралей не ударили о е борт. Площадки обслуживания отводятся в безопасную зону, чтобы траектория полета не пересекалась с их местоположением. Некоторые коммуникации продолжают быть состыкованными с бортом вплоть до полета ракеты. Эти коммуникации отводятся, согласуя кинематику и динамику отвода с полетом ракеты. При этом на траекторию движения ракеты около старта оказывает влияние ветер, который сносит ее от расчетного положения.

Пуск – наиболее опасная, сложная и менее всего управляемая с земли технологическая операция.

Для того, чтобы ракета могла изменять свою траекторию при выведении КА, она имеет двигательную установку с несколькими камерами сгорания. Каждая из камер «выходит» на номинальный режим работы не одновременно с другими, величина тяги камер также может отличатся между собой. Поэтому неустойчивость начального участка полета ракеты становится еще более заметной. Сам же запуск двигателей сопровождается высокотемпературной струи продуктов сгорания и мощным акустическим излучением. Интенсивность этих пусковых нагрузок такова, что они способны разрушить не только все, что находится рядом, но и саму ракету.

15. Заключительными работами на СК являются послепусковые ремонтно-восстановительные работы и работы по приведению комплекса в готовность к приему очередной РКН.

Таким образом, РКН является очень специфическим объектом, требующим специального к себе отношения начиная с транспортировки ее элементов в РКК до покидания ею ПУ при старте.

Весь цикл подготовки РКН, выполняемый в условиях РКК, учитывающий специфику РКН, как объекта, составляет суть технологического процесса, выполняемого на ТК и СК РКК.

8.1.4 Краткая характеристика ракет-носителей как объекта эксплуатации Используемые в настоящее время ракеты-носители являются многоступенчатыми. Габаритные размеры ступеней и их составных частей (длина, диаметр) во многом определяются возможностями железных дорог. Это связано с необходимостью транспортирования РН от заводов-изготовителей и арсеналов на космодром, а практически единственным видом транспорта, пригодным для этого, является железнодорожный. В противном случае (если габариты ступени не вписываются в установленные ограничения) приходится создавать филиалы заводов-изготовителей прямо на космодроме (в частности, как это пришлось сделать для ракет-носителей Н-1 и «Энергия»), что сопряжено со значительными расходами.

В состав каждой ступени РН входят баковые отсеки, которые представляют собой тонкостенные оболочки значительной длины и диаметра.

Вследствие этого они очень чувствительны к перепадам давления снаружи и внутри бака. Даже небольшое превышение наружного давления над внутрибаковым может привести к смятию бака, т.е. потере его устойчивости.

Поэтому обязательно должны быть предусмотрены системы дыхания баков, которые функционируют постоянно, вплоть до заправки баков компонентами ракетного топлива.

Небаковые отсеки РН (в частности, приборный, хвостовой, переходный) являются негерметичными, но также тонкостенными и, как и баковые отсеки, они весьма чувствительны к перегрузкам при транспортировании. С учетом этих свойств скорость транспортирования ступеней РН должна быть ограничена, а транспортные средства, предназначенные для транспортирования ступеней и их составных частей, должны быть оборудованы приспособлениями, ограничивающими перегрузки. По этой же причине приборы системы управления должны транспортироваться в специальных контейнерах, отдельно от ступеней. Многие комплектующие элементы (тормозные двигатели, газоструйные рули, аэродинамические стабилизаторы, некоторые механизмы) также транспортируются отдельно от ступеней РН.

Ступени РН как тонкостенные оболочки большого диаметра весьма чувствительны к механическим нагрузкам. Даже небольшие усилия могут приводить к механическим повреждениям. Поэтому еще при проектировании необходимо предусмотреть места для опор ступеней при их транспортировании и хранении. При этом действующие нагрузки должны быть минимально возможными. Нагрузки от веса РН и ее элементов (кроме двигательных установок) являются распределенными по всей длине РН. Двигательные установки (ДУ), по существу, представляют собой сосредоточенные нагрузки, значительно превышающие распределенные. При длительном хранении эти нагрузки могут привести к деформациям силовых элементов крепления двигательной установки к ступени. Чтобы этого не допустить, предусматриваются дополнительные опоры, причем, они обязательно должны быть тарированными. В этом случае не произойдет увеличения нагрузок, действующих на ступень.

Так как даже РН легкого класса невозможно транспортировать в собранном виде, на ТК приходится выполнять значительный объем сборочномонтажных работ (работ заводского типа). Поэтому в состав ТК должно входить необходимое оборудование (в виде комплектов монтажностыковочного оборудования), позволяющее выполнять эти работы.

Объективной особенностью РН как технических устройств является возможность появления неисправностей. Для быстрой замены отказавших элементов должен быть предусмотрен комплект запасных частей, инструмента, принадлежностей (ЗИП). Кроме того, ракете-носителю (и ее элементам) приходится придавать высокий уровень такого эксплуатационного свойства, как ремонтопригодность.

В ДУ ракет-носителей в качестве рабочего тела, как правило, используются токсичные и самовоспламеняющиеся компоненты ракетного топлива. Проливы КРТ могут привести к отравлению обслуживающего персонала, пожару и авариям. Поэтому к герметичности баковых отсеков и подводящих топливных магистралей, а также к методам ее контроля на техническом комплексе предъявляются жесткие требования.

Ступени РН чувствительны к температуре и влажности воздуха.

Значительные перепады температуры могут приводить к местным деформациям вследствие различных значений коэффициентов линейного расширения материалов, из которых изготовлены элементы РН. Достаточно длительное воздействие низкой или высокой температуры окружающей среды может приводить к необратимым изменениям свойств неметаллических материалов, используемых в приборах системы управления и ДУ РН. Высокая влажность воздуха окружающей среды может приводить к развитию коррозии, снижению изоляционных свойств бортовой и наземной кабельной сети и, как следствие, выходу из строя приборов. Поэтому при транспортировании, хранении ступеней, а также проведении работ необходимо поддерживать установленный температурно-влажностный режим.

Наконец, нельзя не отметить особенностей РН, которые обусловливают высокую степень опасности для обслуживающего персонала. К этим особенностям относятся свойства КРТ, сжатых газов (о которых будет сказано немного ниже), наличие пиросредств (разрывные болты, пирозамки, пиростартеры и т.д.), необходимость выполнения многих видов работ на высоте и др.

8.1.5 Особенности космических аппаратов как объектов эксплуатации Современные космические аппараты достаточно компактны (в отличие от РН) и имеют массу от нескольких десятков килограммов до нескольких тонн. Поэтому многие КА могут транспортироваться в собранном виде. Для транспортирования КА разрабатываются специальные транспортные средства.

В состав КА входят хрупкие навесные конструкции (антенны, солнечные батареи, другие устройства), которые должны транспортироваться отдельно от КА в специальных контейнерах. Наличие таких элементов, как и особенности конструкции некоторых КА, обусловливают необходимость проведения механосборочных работ на техническом комплексе, причем, эти работы требуют высокой квалификации обслуживающего персонала.

Существенной особенностью наземной эксплуатации большинства КА является необходимость их заправки компонентами ракетного топлива на специальной заправочной станции. Заправленный КА должен затем содержаться в течение установленного времени (до одного месяца, а в ряде случаев и больше) на ТК, что предъявляет повышенные требования к герметичности топливных магистралей и баков КА.

КА должен функционировать в условиях космического пространства, поэтому очень жесткие требования предъявляются к его герметичности. Работы по контролю герметичности КА на ТК являются достаточно трудоемкими.

Проведение этих работ невозможно без барокамеры – сложного энергоемкого устройства, позволяющего создавать высокую степень вакуумирования (до 0,0001 мм ртутного столба) и, таким образом, имитировать условия безвоздушного пространства. Откачивание воздуха из барокамеры с помещенным в нее космическим аппаратом (создание необходимой степени вакуумирования) и дальнейший контроль герметичности КА является непрерывным процессом, имеющим продолжительность в несколько суток.

Очень важную роль для нормальной работы бортовых систем КА играет система терморегулирования (СТР). В большинстве КА необходимый тепловой режим работы бортовых приборов обеспечивается циркуляцией жидкого теплоносителя по контуру СТР. В качестве теплоносителя используется высокооктановая углеводородная жидкость (по существу, бензин). Такой выбор обусловлен большой теплоемкостью, хорошей текучестью и малой удельной массой теплоносителя, что обеспечивает минимальную массу СТР. Перед заправкой системы терморегулирования теплоносителем проводится вакуумирование магистралей и деаэрация теплоносителя, так как наличие воздуха в СТР значительно снижает свойства теплоносителя. Однако теплоноситель обладает и таким свойством, как высокая пожароопасность.

Поэтому к герметичности СТР предъявляются высокие требования, а подтекание теплоносителя из контура СТР КА является аварийной ситуацией.

Контроль герметичности СТР – это непрерывный многочасовой процесс.

Для хранения бортовых запасов сжатых газов КА используются тонкостенные шар-баллоны, изготовленные из высокопрочной стали. Это необходимо для снижения их массы при условии обеспечения прочности.

Однако эти обстоятельства обусловливают проведение заправки бортовых шарбаллонов сжатыми газами ступенчато, в несколько этапов, с выдержками после каждого этапа для того, чтобы их стенки нагружались постепенно. Таким образом, и этот процесс является длительным и опасным для обслуживающего персонала.

Для хранения КА и проведения всех работ по его подготовке к применению на ТК должны быть предусмотрены специальные стапели, а в составе ТК должно быть энергоемкое высокоточное оборудование.

Так же, как и для РН, для КА должен быть предусмотрен комплект ЗИП, предназначенный для оперативной замены отказавших элементов. При этом должен быть обеспечен удобный доступ к бортовым приборам для контроля их состояния и замены в случае необходимости.

Космический аппарат должен функционировать в течение заданного времени, которое может составлять от нескольких суток до нескольких лет.

Поэтому одной из важнейших задач подготовки КА на ТК является контроль значений характеристик его бортовых систем на предмет их соответствия заданным. Для этого на ТК проводятся электрические испытания, составляющие львиную долю всего объема проводимых работ.

Как и РН, космические аппараты весьма чувствительны к изменениям температуры и влажности окружающего воздуха, причем требования к температурно-влажностному режиму при проведении работ и хранении КА являются более жесткими, так как аппаратура космических аппаратов является значительно более сложной по сравнению с РН. Кроме того, при работе с бортовыми системами КА очень высокие требования предъявляются к запыленности воздуха, так как в их состав входят оптико-электронные приборы, значительно снижающие свои характеристики при наличии пыли в воздухе. Поэтому в МИКе (в зоне проведения работ) должны быть предусмотрены системы вентиляции и кондиционирования воздуха, а также системы контроля и очистки одежды и обуви обслуживающего персонала.

Санитарно-гигиенические требования (т.е. требования к параметрам воздуха в зоне работ с КА) являются весьма высокими. Невыполнение этих требований в ряде случаев приравнивается к аварийной ситуации.

Что касается разгонных блоков, то они занимают промежуточное положение между РН и КА (но ближе к РН, так как, по существу, это ступень РН, находящаяся на орбите), и им свойственны особенности и тех, и других объектов.

Накопленный опыт эксплуатации КСр свидетельствует, что нагрузки, действующие на РН, КА, РБ при наземной эксплуатации, часто превосходят полетные, так что их конструкция во многом обусловлена и этим обстоятельством.

8.1.6 Свойства компонентов ракетного топлива и сжатых газов их влияния на эксплуатацию РКТ В двигательных установках современных РН, КА и РБ используется энергия химических реакций компонентов ракетного топлива. Химическое ракетное топливо не только в настоящее время, но и в ближайшем будущем будет основным видом ракетного топлива. Компонентами ракетного топлива являются окислитель ("О") и горючее ("Г").

Химические ракетные топлива классифицируются по следующим признакам:

а) по агрегатному состоянию: жидкие и твердые;

б) по числу компонентов: однокомпонентные (унитарные), двухкомпонентные и многокомпонентные;

в) по способности к воспламенению: несамовоспламеняющиеся и самовоспламеняющиеся;

г) по температуре кипения: низкокипящие (криогенные) и высококипящие.

В большинстве отечественных РН используются жидкие двухкомпонентные ракетные топлива. По существу, РН представляет собой баковую конструкцию, причем масса компонентов ракетного топлива составляет до 90% от стартовой массы РКН. Выше указывалось, что особенности конструкции РН во многом определяет облик СК. Важнейшую роль при этом играют свойства используемых в РН КРТ, так как это обусловливает конструкцию хранилищ компонентов ракетного топлива и фронта их приема-выдачи, способы выдачи компонентов из хранилищ (насосная или вытеснительная система топливоподачи), способы термостатирования КРТ, протяженность и конструкцию магистралей доставки КРТ от хранилищ до пусковой установки, а также особенности стыковки наземных магистралей с бортовыми, способы нейтрализации КРТ и их паров, свойства сжатых газов, используемых при работе с КРТ, и способы их получения.

Фронт приема-выдачи «О» («Г») представляет собой многострелочный тупик железнодорожной ветки, позволяющий определенным образом выставить железнодорожные цистерны с компонентом, состыковать сливные магистрали фронта, слить компонент (принять его в хранилище). Фронт должен быть обеспечен шлемофонной связью, освещением, системой пожаротушения.

Кроме того, должна быть возможность взять пробы компонентов для проведения анализа в физико-химической лаборатории.

Конструкция магистралей от фронта до хранилищ, от хранилищ до пусковой установки и их протяженность определяется свойствами используемых КРТ, в первую очередь, являются ли КРТ криогенными (низкокипящими) или нет. К криогенным компонентам относятся жидкий кислород (температура кипения равна –1930С) и жидкий водород (температура кипения равна –252.60С). Для криогенных КРТ характерна большая протяженность магистралей от хранилищ до пусковой установки (она может составлять несколько километров). При этом должны быть предусмотрены несколько десятков точек контроля состояния вакуума в коаксиальных трубопроводах, а также площадки для захолаживания магистралей и дожигания паров КРТ. Для высококипящих компонентов топлива (наиболее часто применяемой парой компонентов являются несимметричный диметилгидразин и окислитель на основе азотной кислоты) протяженность магистралей существенно меньше. В этом случае обязательно должен быть предусмотрен контроль загазованности. Для всех типов КРТ на современных стартовых комплексах предусматриваются системы дожигания паров компонентов.

Основными свойствами КРТ, определяющими особенности работы с ними, являются токсичность, пожарная опасность и агрессивность.

Под токсичностью КРТ понимается их способность оказывать вредное действие на обслуживающий персонал и окружающую среду. Показателем токсичности может служить предельно допустимая концентрация (ПДК) КРТ в воздухе рабочей зоны. Предельно допустимые концентрации вредных веществ – это концентрации, которые при ежедневной работе в течение 8 часов в течение всего рабочего стажа не могут вызвать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья обслуживающего персонала как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни.

По степени токсичности вредные вещества, в том числе и КРТ, делятся на четыре класса:

1 – чрезвычайно опасные (ПДК < 0,0001 мг/л);

2 – высоко опасные (ПДК = 0,0001…0,001 мг/л);

3 – умеренно опасные (ПДК = 0,0011…0,01 мг/л);

Так, горючие на основе гидразина относятся к 2-му классу, а окислители на основе азотной кислоты - к 3-му классу токсичности.

Токсичность КРТ может приводить к отравлению обслуживающего персонала и заражению окружающей среды. Это обусловливает необходимость обеспечения герметичности хранилищ КРТ и всех магистралей, создание систем контроля утечки компонентов в атмосферу, необходимость применения индивидуальных средств защиты, систем сбора и нейтрализации как технологических утечек, так и проливов КРТ. По существу, каждый пролив КРТ представляет собой аварийную ситуацию.

Пожарная опасность КРТ - это способность КРТ к возгоранию (воспламенению) и горению горючего в смеси с кислородом воздуха, а также в способности окислителя воспламенять и поддерживать горение окружающих горючих материалов. Пожарная опасность горючих определяется горючестью, а окислителей - окислительной способностью. Поэтому необходимо предусматривать постоянный контроль состояния КРТ (контролируемыми параметрами в первую очередь являются температура компонентов топлива и герметичность магистралей), систему пожаротушения. Кроме того, при работе с КРТ (слив из железнодорожных цистерн в хранилища, перекачка из одной емкости в другую, заправка баков РН, КА и РБ и т.д.) должны создаваться специальные нештатные формирования для обеспечения безопасности работ и быстрого принятия мер в случае возникновения опасной (аварийной ситуации).

Под агрессивностью КРТ понимается коррозионное действие на металлы и их сплавы и разрушающее действие на неметаллические материалы.

Так, окислители на основе азотной кислоты являются агрессивными по отношению к большинству конструкционных материалов. Узлы и детали агрегатов и систем, имеющие контакт с этими окислителями, изготавливаются из стойких к воздействию КРТ материалов. В частности, баки ракет и цистерны изготавливаются из алюминиевых сплавов и нержавеющей стали, трубопроводы и арматура систем заправки - из нержавеющей стали, уплотнения - из кислотостойкой резины и фторопласта.

Работы по контролю химического состава КРТ, обеспечению заданных значений их температуры и плотности и минимальному содержанию примесей проводятся постоянно, вплоть до заправки КРТ в баки РН, КА и РБ.

В перспективных РН и РБ, в основном, будут использоваться криогенные КРТ, так как они обеспечивают высокие значения удельного импульса ДУ и являются экологически чистыми.

В ракетно-космической технике нашли широкое применение такие газы и их смеси, как сжатые воздух, азот, гелий, аргон, ксенон.

Сжатые газы используются в наземном технологическом оборудовании технических и стартовых комплексов, в автоматике двигательных установок РН и КА, в системах наддува топливных баков, в системах отделения КА, а также в качестве рабочего тела двигательных установок систем ориентации и стабилизации КА.

К сжатым газам предъявляются высокие требования, такие как:

нейтральность газов, используемых для наддува топливных баков, по отношению к КРТ;

малая растворимость газов наддува баков в КРТ;

отсутствие механических примесей;

Благодаря своей сжимаемости газы способны накапливать значительные величины потенциальной энергии. Например, потенциальная энергия воздуха давлением 40 МПа в баллоне объемом 0,4 м3 превосходит в 115 раз потенциальную энергию воды равного давления и объема.

Для предупреждения опасности, вызванной повышенной концентрацией в воздухе кислорода (высокая взрывоопасность) и азота (возможность гибели людей от отсутствия кислорода) в сооружениях ТК и СК, где это может произойти, должны быть установлены системы газового анализа (контроля), а также системы вентиляции. Кроме того, должны быть предусмотрены средства индивидуальной защиты обслуживающего персонала (в частности, изолирующие противогазы).

Задачи наземной эксплуатации КСр решаются в рамках РКК. Именно поэтому РКК является объектом настоящего учебника. Для функционирования РКК необходимо создание космодрома. Обычно на космодроме располагаются несколько РКК, что значительно упрощает управление наземной эксплуатацией КСр.

8.2 Особенности ракетно-космической техники как объекта

9 РОЛЬ И МЕСТО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПРОИЗВОДСТВА И

ЭКСПЛУАТАЦИИ ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ

ТЕХНИКИ

9.1 Понятие об эксплуатационном качестве. Классификация эксплуатационных свойств КСр и их характеристик Любой объект обладает множеством свойств, которые определяют его суть. Как известно, свойство - это атрибут (неотъемлемая часть) объекта, характеризующий какую-либо его сторону. Все многообразие свойств объекта определяет его качество в широком (философском) смысле. С этой точки зрения качество - это совокупность таких характерных (присущих данному объекту) особенностей, которые и делают его тем, чем он и является.