Материал: Основы проектирования РН Куренков
Довывод космических аппаратов на рабочие орбиты или корректировка орбит могут быть осуществлены также с помощью корректирующей двигательной установки космического аппарата.
1.3. Основные ракеты-носители мира
На рис. 1.2 представлены основные ракеты-носители мира.
В начале космической эры ракеты-носители создавались на основе баллистических ракет. Затем стали создаваться ракетыносители, которые специально предназначались для вывода полезных нагрузок в космическое пространство. В последние десятилетия, кроме США и России, ракеты-носители стали разрабатываться в Европе (Европейское космическое сообщество), в Китайской Народной Республике, в Японии и некоторых других странах.
Воздушно-космические системы разрабатывались в США («Спейс Шаттл»), СССР («Энергия-Буран») и др. Однако «Спейс Шаттл», строго говоря, не является ракетой-носителем, так как центральный блок не имеет двигательной установки. Маршевые двигатели установлены на космическом самолете, полезная нагрузка размещается там же.
1.4. Классификация ракет-носителей
Классификация ракет-носителей носит условный характер и проводится по признакам, которые приведены ниже.
Классификация по грузоподъемности (выведение на круговую орбиту высотой 200 км) [42]:
-легкие (до 5 т);
-средние (5…20 т);
-тяжелые (20…100 т);
-сверхтяжелые (свыше 100 т).
В последние годы введен ещё один промежуточный класс – «средний класс повышенной грузоподъемности», что соответствует грузоподъемности несколько большей, чем 20 т.
21
|
|
Ракеты-носители |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Разработанные |
|
|
|
Специально |
|
Воздушно- |
|||||
на основе балли- |
|
|
создаваемые |
|
космические |
||||||
стических ракет |
|
ракеты-носители |
|
системы |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Восток |
|
Атлас |
|
Протон |
|
Восход |
|
Атлас-Аджена |
|
Н-1 |
|
Союз |
|
Атлас-Центавр |
|
Зенит |
|
Молния |
|
Титан |
|
Энергия |
|
Циклон |
|
Титан-3 |
|
Ангара |
|
Днепр |
|
Delta IV |
|
Русь-М |
|
Рокот |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Старт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Saturn-1
Saturn-V
Европа Ариан (ЕКА) Ариан (4, 5) Великий Поход (КНР)
H-IIA (Япония) GSLV (Индия) Aries I, V
«Спейс
Шаттл»
«Энергия
- Буран»
Рис. 1.2. Основные ракеты-носители мира
Верхняя граница этого класса пока в технической литературе не определена (не устоялась). В частности, ракета-носитель «Русь-М», проект которой в настоящее время приостановлен, должна была иметь грузоподъемность 23,5 тонны.
Классификация по количеству ступеней:
-двухступенчатые;
-трёхступенчатые;
-двух - и трёхступенчатые с разгонными блоками.
Классификация по схеме соединения ракетных блоков:
-с последовательным соединением ракетных блоков (схема "тан-
дем");
-с параллельным соединением РБ (при одновременном начале работы всех двигателей ракетных блоков - схема «пакет»);
-со смешанным соединением ракетных блоков (ракетные блоки первой и второй ступени соединены параллельно, а ракетный блок третьей ступени соединен последовательно с ракетным блоком второй ступени – так называемый "трехступенчатый пакет");
22
-схема с отделяемыми внешними (боковыми) двигателями.
Классификация по токсичности топлива:
-токсичные (с длительным сроком хранения в заправленном состоянии, например РН "Протон", конверсионная двухступенчатая баллистическая ракета "Днепр");
-нетоксичные (с ограниченным сроком хранения в заправленном состоянии, например РН "Союз", "Сатурн-V");
-с нетоксичными компонентами топлива основных ступеней РН
иналичием разгонного блока с токсичными компонентами топлива, например РН "Союз" с разгонным блоком "Фрегат".
Классификация по фазовому составу топлива:
-жидкие компоненты топлива (РН "Союз", "Сатурн-V" и др.);
-твердые компоненты топлива (РН «Скаут», РН "Старт");
-ракеты-носители с наличием ракетных блоков и на жидком топливе, и на твердом топливе ("Титан-3", GSLV, «Ариан-5» и др.);
-ракеты-носители с наличием ракетных блоков на комбинированных компонентах топлива (твердое горючее и жидкий окислитель, например проект РН на базе противоспутниковой трехступенчатой ракеты-перехватчика, стартующей с самолета МиГ-31).
Классификация по наличию возвращаемых ракетных блоков:
-ракетные блоки одноразового применения;
-возвращаемые ракетные блоки (спуск на парашюте, на дельтаплане или самолетный спуск ракетных блоков первой ступени, например ракетный блок «Байкал»).
Классификация по методу старта:
-закрытый старт (шахты, подводные лодки);
-открытый старт.
Закрытый старт применяется только для конверсионных ракетносителей. Существуют разновидности такого старта: с включёнными двигателями и выталкиванием ракеты газами под давлением с последующим включением двигателей уже вне шахты или контейнера (РН «Волна», «Днепр», «Старт»).
Открытый старт, в свою очередь, классифицируется как:
-наземный неподвижный (космодромы);
-наземный подвижный (железнодорожные платформы или тягачи на колесном шасси);
23
-морской старт (с плавучей специальной платформы, например РН "Зенит");
-воздушный старт (с самолетов-носителей, например проекты "Молния", "Бурлак", действующая система «Пегас» и др.).
1.5. Проектирование и стадии разработки ракет-носителей
Проектирование – один из начальных этапов создания современных технических систем и объектов и, в частности, ракетносителей.
Проектирование - это творческий процесс поиска и нахождения рациональных (в определенном смысле) решений, обеспечивающих создание технических объектов, комплексов и систем, удовлетворяющих заданным требованиям.
Проект – результат проектирования (projectus (лат.) – брошенный вперед).
Проект должен содержать:
-общий замысел;
-план создания ракеты-носителя;
-конкретные технические решения по бортовым системам, агрегатам, элементам.
Затраты на выполнение собственно проекта составляют 5-10 % от общих затрат на создание изделия, включающего кроме проектирования:
-подготовку производства;
-изготовление опытных образцов;
-экспериментальную отработку и др.
Ошибки на этапе проектирования самые "дорогие". Соотношение затрат на исправление ошибок на этапах проектирования, отработки, производства и эксплуатации примерно составляет 1:10:100:1000. Принципиальные ошибки, как правило, вообще не могут быть исправлены на стадии эксплуатации.
Укрупненные стадии разработки технических изделий согласно ГОСТ 2.103-68 (2001, с изм. 2 2006): ЕСКД. Стадии разработки [62] представлены в табл. 1.1 с сокращениями.
24
Таблица 1.1. Стадии разработки
Стадия разработки |
Этапы выполнения работ |
|
|
|
|
|
Подбор материалов |
|
Техническое |
Разработка технического предложения с присвое- |
|
нием документам литеры "П" |
||
предложение |
||
Рассмотрение и утверждение технического предло- |
||
|
||
|
жения |
|
|
Разработка эскизного проекта с присвоением доку- |
|
|
ментам литеры "Э" |
|
Эскизный проект |
Изготовление и испытание материальных макетов |
|
(при необходимости) и (или) разработка, анализ |
||
|
||
|
электронных макетов (при необходимости) |
|
|
Рассмотрение и утверждение эскизного проекта |
|
|
Разработка технического проекта с присвоением |
|
|
документам литеры "Т" |
|
Технический |
Изготовление и испытание материальных макетов |
|
проект |
(при необходимости) и (или) разработка, анализ |
|
|
электронных макетов (при необходимости) |
|
|
Рассмотрение и утверждение технического проекта |
|
|
Разработка конструкторской документации, предна- |
|
|
значенной для изготовления и испытания опытного |
|
Рабочая конструк- |
образца (опытной партии), без присвоения литеры |
|
торская докумен- |
Изготовление и предварительные испытания опыт- |
|
тация опытного |
ного образца (опытной партии) |
|
образца изделия |
Корректировка конструкторской документации с |
|
|
присвоением документам литеры "О" |
|
|
Приемочные испытания опытного образца |
Применительно к изделиям ракетно-космической техники используется 9 стадий разработки.
I. ТТЗ – тактико-техническое задание.
II. АП – аванпроект (техническое предложение, инженерная записка).
III. ЭП – эскизный проект.
IV. КД – конструкторская документация.
V. НЭО – наземная экспериментальная отработка.
VI. КНЭО – комплексная наземная экспериментальная отработка. VII. ЛИ (или ЛКИ) – летные (или летно-конструкторские) испы-
тания.
VIII. ПС – подготовка к серийному производству.
IX. АН – авторский надзор над серийным изготовлением РН.
25