2014-02-24
1336
Ракетно-космические системы в своем развитии прошли значительный путь от первых немецких ракет V-1 и V-2 до современных ракетоносителей «Протон-М», «Энергия» и «Ангара» советского и российского производства, «Титан IIIС», «Шаттл» производства США, «Ариан» производства Франции и многих других. В истории космонавтики важными вехами остались достижения советской и российской науки и техники: запуск первого спутника Земли; запуск в космос первого человека; первый выход человека в открытый космос; первый полет в автоматическом режиме многоразового космического корабля «Буран» и др. В настоящее время интенсивное развитие ракетно-космических систем и освоение космоса осуществляют такие страны, как Россия, США, Англия, Франция, Япония, Китай.
Рассмотрим общие положения и принципы конструктивно- технологического членения ракетно-космических систем.
Ракетно-космический комплекс (РКК) представляет собой с овокупность ракетно-космической системы, системы управления полетом и стартового оборудования, расположенного на космодроме. Ракетно-космические системы (РКС) – это транспортные системы, предназначенные для выведения (доставки) полезного груза массой m пг от нескольких десятков килограмм до сотен тонн в заданную точку околоземного или околосолнечного пространства с определенным вектором скорости.
Массу ракетно-космической системы, расходуемую для разгона, называют активной массой (массой топлива) и обозначают mт. Активная масса делится на две части: первая часть обеспечивает разгон ракетно-космической системы до заданной скорости полета, вторая – управление ракетно-космической системой и компенсацию различных возмущений в полете.
Пассивная масса (масса конструкции) ракетно-космической системы (mк) также делится на две части. В первую входят пассивные массы, обеспечивающие функционирование ракетно-космической системы в течение всего времени полета, во вторую – часть пассивной массы, обеспечивающей хранение активной массы. Активная масса составляет большую часть (до 90%) ракетно-космической системы и расходуется на разгон полезного груза и пассивной массы.
Наиболее эффективным способом разгона ракеты в настоящее время является истечение из сопел ракетных двигателей продуктов сгорания ракетных топли в.
Сумма масс полезного груза m пг, активной массы m т, пассивной массы mк, составляет стартовую массу ракетно-космической системы m ст. При заданной массе полезного груза m пг стартовая масса m ст зависит от следующих факторов:
– от координат точки пространства и конечной скорости движения ракетно-космической системы на активном участке траектории;
– от сил сопротивления движению ракетно-космической системы по траектории;
– от нагрузок, действующих на ракетно-космическую систему при движении ее по траектории;
– от необходимости корректировки пассивного участка траектории.
Разделение ракетно-космической системы на составные части обусловлено следующими причинами:
– необходимостью отделения отработавших частей конструкции при движении ракетно-космической системы по траектории;
– различием в функциональном назначении смежных элементов конструкции и их различным конструктивным оформлением (например, герметичный бак и ферма);
– сложностью транспортирования нерасчлененного изделия от предприятия - изготовителя к месту старта;
– требованиями удобства технического обслуживания элементов ракетно-космической системы в период ее хранения и подготовки к старту;
– ограничениями, накладываемыми на размеры и конфигурацию обрабатываемых элементов конструкции, в зависимости от имеющихся в распоряжении производства технологических процессов и технологического оборудования;
– необходимостью обеспечения свободного доступа к элементам конструкции для сборки и технического контроля;
– организационными причинами, связанными с сокращением продолжительности цикла изготовления изделия (расширением фронта работ при сборке сложных агрегатов).
Разделение ракетно-космической системы на части позволяет осуществлять параллельное проектирование этих частей группами специалистов и таким образом сократить сроки проектирования изделия и повысить его качество за счет специализации групп.
В производстве разделение ракетно-космической системы на части предопределяет одновременность (параллельность) процессов изготовления деталей и их сборки, что сокращает продолжительность цикла производства. Количество составных частей ракетно-космической системы имеет некоторый оптимум. По мере разукрупнения сборочных единиц сокращается цикл их изготовления, но увеличивается цикл сборки и технического контроля сборочных единиц.
Однотипность конструктивно-технологических решений составных частей позволяет осуществить технологическую специализацию подразделений предприятия (участки сборки топливных емкостей и сухих отсеков, заготовительное производство и т.п.). Технологическая специализация создает предпосылки для механизации и автоматизации выполняемых работ, для рационального использования производственных мощностей, для повышения производительности труда и качества продукции.
Конструктивная и технологическая законченность составных частей дает возможность изготовлять их на специализированных предприятиях - смежниках, способствует развитию специализации и кооперации в ракетостроении.
Ракетно-космическая система состоит из следующих составных частей (рис. 5).
Рис.5. Структура ракетно-космической системы
В головном блоке (ГБ) ракетно-космической системы размещается полезный груз, – различного рода космические аппараты (космический корабль, космическая станция, искусственный спутник планеты, системы телекоммуникаций, аппараты, предназначенные для проведения исследований в космическом пространстве или на планетах, и т. п.).
В состав головного блока помимо полезного груза входит сбрасываемый головной обтекатель (ГО), предохраняющий полезный груз от мощного силового и теплового воздействия набегающего потока атмосферного газа на активном участке полета ракетно-космической системы со сверхзвуковыми скоростями и отделяющийся при выходе за пределы атмосферы.
Ракета-носитель (РН), доставляющая полезный груз в заданную точку околоземного или околосолнечного пространства с заданной по величине и направлению скоростью. В состав ракеты - носителя входят несколько ракетных блоков (РБ). Схемы и примеры типовых компоновок ракетных блоков представлены на рис.6 – 7.
Рис. 6 Схемы последовательной компоновки блоков и ступеней ракетно-космических систем с жидкостными ракетными двигателями:
а – схема «тандем»; б – схема «пакет»
Рис. 7. Схема параллельно-последовательной компоновки
блоков и ступеней ракетно-космических систем:
а – все ракетные блоки жидкостные; б – ракетные блоки РБ1А и РБ1Б твердотопливные
Все блоки ракетно-космической системы, объединяются в ступени (С1, С2 и т.д.), состав которых изменяется по мере отделения при движении ракетно-космической системы по траектории.
3. Система управления движением ракетно-космической системы по траектории (см. рис. 2.5) позволяет управлять работой ракетных блоков, отделением элементов конструкции, движением ракетно-космической системы по траектории полета. В ее состав входят чувствительные элементы : измерительные преобразователи (гироскопические устройства, датчики ускорений, давления, расхода топлива и т.п.); бортовые вычислительные комплексы для обработки результатов измерений и выработки управляющих команд; разнообразные исполнительные механизмы, обеспечивающие требуемые параметры движения и ориентацию ракетно-космической системы в пространстве. Работа элементов системы управления обеспечивается разнообразными источниками энергии (электрическими, пневмогидравлическими, зарядами твердого топлива, взрывчатыми веществами и т.п.). Элементы системы управления рассредоточены по блокам. Связь между элементами системы управления осуществляется с помощью бортовой кабельной сети (БКС).
