Невероятно, но факт!
Главная / Космос / Обеспечение надежности перспективных средств выведения

Обеспечение надежности перспективных средств выведения

Авария при старте носителя HI № 5ЛВ настоящее время в ведущих ракетно-космических странах мира проводятся интенсивные работы по созданию перспективных средств выведения. Позади длительный, сорокалетний (1957-1997 гг.) период создания ракет-носителей на основе боевых ракет. Значительное числомодификаций базовых моделей, разработанных в отмеченный период, созданы путем модернизации отдельных элементов РН в рамках установленных компоновочных схем. Эволюционный период совершенствования РН завершается, потенциальные возможности старых базовых вариантов исчерпаны.

Настоящий этап создания новых средств выведения имеет следующие особенности:

  • компоновочные (структурные) схемы РН могут быть сформированы оптимальным образом с учетом опыта эксплуатации РН;
  • для сокращения сроков и затрат на разработку и эксплуатацию образцов РН используется модульный принцип;
  • создания носителей на основе универсальных ракетных модулей или основных базовых элементов;
  • при разработке модулей и базовых элементов используются составные части (двигатели, система управления, конструкция), имеющие оптимальные на настоящий момент времени летно-технические характеристики.
  • Достигнутый уровень надежности существующих ракет-носителей характеризуется такими данными:

  • процент успешных пусков за все время эксплуатации РН для всех ракетных семейств не превышает 97 % (семейство “Спутник”), для базовых вариантов РН гарантированные оценки надежности не превышают уровень 0,969;
  • серии успешных пусков, превышающие достаточно высокий уровень – 50 пусков (что соответствует потенциальному уровню надежности 0,98), имеют ограниченное число РН (“Союз-У”,”Протон-К”, “Космос-3М”, “Циклон-2”, Delta-2 и Ariane-4);
  • время доводки РН до начала периода устойчивого уровня качества и надежности составляет 10…15 лет, что в настоящее время недопустимо;
  • производственные отказы вследствие нарушений технологической дисциплины и эксплуатационные отказы в значительной мере влияют на реальный уровень надежности достаточно отработанных и длительное время эксплуатируемых РН;
  • ставки страховых взносов, существенным образом влияющие на стоимость запуска, в настоящее время находятся на высоком уровне – 17…20%;
  • аварийность мирового парка ракет-носителей все еще высока, что наглядно подтверждается результатами 1998 и 1999 гг.
  • Аварийные пуски носителей Н2 (Япония), Titan-4, Delta-3 (США), “Протон-К” (Россия), “Зенит” (Украина) принесли значительный ущерб, повлияли на сроки и программы их дальнейшего использования:

  • ущерб от аварий РН Titan-4 (2.08.1993 г., 12.08.1998 г., 9.04.1999 г., 30.04.1999 г.) составляет более миллиарда долларов в каждом случае;
  • две аварии новой РН Delta-3 (17.01.1998 г., 5.05.1999 г.) существенно повлияли на планы запусков ракеты-носителя (спутник и запуск в мае 1999 г. были застрахованы на сумму 265 млн. дол.);
  • консорциум GlobalStar принял решение о замене РН “Зенит” на РН “Союз” при развертывании системы GlobalStar. Уже состоялось 6 успешных пусков РН “Союз” из 7 намеченных.
  • В целях обеспечения конкурентоспособности и эффективности использования перспективных РН требования к их надежности должны устанавливаться на повышенном уровне:

  • нормативное значение показателя надежности РН в полете RPH выбирается из интервала значений 0,985-0,995. На Тенденции изменения "наработки" на аварию РНпрактике это означает, что расчетное значение серии успешных пусков находится в диапазоне 65-200;
  • контрольный уровень надежности РН в полете RpH устанавливается 0,975-0,99 при доверительной вероятности у = 0,9. На практике это означает,что значения серий успешных пусков должны находиться в диапазоне 45-100.
  • Необходимо отметить,что требования к надежности РН Ariane-5 и Н2 установлены на уровне 0,985 и 0,99 соответственно.

    На основе обобщения опыта создания отечественных и зарубежных РН, выполнения программ Apollo, “Союз” – “Аполлон”, Space Shuttle и “Буран” можно назвать некоторые общие принципы обеспечения надежности РН, которые целесообразно использовать при разработке новых или модернизации существующих РН.

    Принципы обеспечения надежности РН:

  • использование отработанных технических решений, узлов и систем;
  • создание РН по структурной схеме, содержащей минимум элементов, с последующим дублированием (в отдельных случаях троированием или использованием мажоритарной схемы) критичных элементов;
  • разработка перечней критичных элементов РН (на основе анализа возможных отказов и оценки их влияния на надежность и безопасность РН) и реализация дополнительных мероприятий по повышению и обеспечению надежности этих элементов;
  • обеспечение надежности в основном путем наземной отработки в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным.
  • Надежность двигателей, их тип и размерность в определяющей степени влияют на уровень надежности РН в целом. Оптимальная стратегия обеспечения надежности двигательных установок РН состоит в том, чтобы в ДУ использовать минимально возможное число двигателей и отрабатывать двигатели на этапе наземной отработки в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным, и в объеме, достаточном для подтверждения требуемых уровней надежности.

    Жидкостные ракетные двигатели РД-180 и РД-0120Особенно важна надежность ДУ первой ступени для РН среднего, тяжелого и сверхтяжелого классов. Обеспечение тяги первой ступени РН на уровне 1000…2000 тс определяется числом и размерностью используемых двигателей. В связи с этим выбор типа и размерности двигателей, используемых в ДУ первой ступени, приобретает первостепенное значение с точки зрения обеспечения надежности РН в целом.

    В разрабатываемых в США, ЕКА и Японии семействах РН в основном используются двигатели большой размерности с применением экологически чистых и высокоэнергетических компонентов топлива.

    Анализ рассмотренных семейств РН позволяет установить следующее:

    1. При формировании семейства РН по программе EELV в США практически отошли от привычной компоновочной схемы РН, в основу которой был положен принцип использования на первой ступени твердотопливных ускорителей большой и малой размерности (семейства РН Titan, Delta и отдельные модели РН Atlas). Это позволит существенно повысить надежность ДУ первой ступени.
    2. Использование двигателей большой размерности позволяет существенно упростить компоновочные схемы РН и уменьшить число двигателей, используемых на первых ступенях и РН в целом. В разрабатываемых носителях число двигателей, используемых на первой ступени и РН в целом, меньше, чем для существующих РН, в 2-5 раз.
    3. Для обеспечения одного и того же уровня надежности РН требования к надежности двигателей РН Atlas 2AS должны быть существенно выше требований к надежности двигателей РД-180 или RS-68. 
    4. Для этапа летных испытаний и начального этапа штатной эксплуатации практически для всех вновь разрабатываемых РН характерен повышенный уровень дефектности двигателей и других составных частей РН, обусловленный недостаточным уровнем наземной отработки, неполным учетом особенностей взаимного функционирования систем РН и отличием реальных условий полета от наземных. Уровень бездефектности многодвигательной ДУ также значительно уступает уровню бездефектности ДУ с малым числом двигателей.
    Носители среднего класса стран Европейского космического агентства

    Западноевропейский космический консорциум Arianespace уже более 10 лет эксплуатирует семейство РН среднего класса Ariane-4 (первый пуск РН Ariane-4 был осуществлен 15 июня 1988 г.), коэффициент надежности которой составляет 0,97. Модификации этой РН позволили вывести около 1400 спутников. Ниже описаны модификации, эксплуатируемые в настоящее время. В процессе реализации программы создания трехступенчатой РН Ariane-4 было изготовлено 6…

    Направление реструктуризации аэрокосмической промышленности

    Аэрокосмическая промышленность – одна из динамично развивающихся, наукоемких, прибыльных и перспективных отраслей мировой экономики. В последние годы эта отрасль охвачена процессами, которые изучаются многими специалистами различного профиля – политологами, экономистами, юристами и т.д. Этот интерес вызван стремлением понять и, по возможности, направлять эти процессы, прогнозировать их дальнейший ход и последствия. Разные авторы используют свои термины…

    Космические системы мониторинга

    В области систем мониторинга следует выделить ряд приоритетных направлений развития, связанных как с повышением глобальности и оперативности наблюдения земной поверхности и околоземного пространства космическими средствами,так и с повышением эффективности решения задач прогноза и контроля, в том числе перспективные методы прогноза и контроля опасных природных явлений, биоэнергоинформационного состояния районов, городов, сельскохозяйственных угодий, пастбищ, геологического изучения территории…

    Пилотируемая космонавтика – магистральное направление

    История пилотируемой космонавтики началась 12 апреля 1961 г., когда советский летчик-космонавт Юрий Гагарин совершил первый космический полет продолжительностью 108 минут и навсегда вошел в историю развития нашей цивилизации. Это событие аккумулировало в себе титанические усилия и накопленный научно-технический потенциал ракетно-космической отрасли СССР. Пилотируемое освоение космоса давалось нелегко. Достижения и свершения сопровождались потерями и трагедиями. Мрачный…

    Требования к основным характеристикам НКУ

    Требования к НКУ определяются целевым назначением управляемых КА, выполняемыми ими на орбите функциями и баллистической структурой орбитальной группировки КА. Автоматические КА ближнего и среднего космоса, к которым относятся К А для исследования природных ресурсов Земли, геодезии, связи и телевещания, в большинстве своем не требуют при штатной эксплуатации высокой оперативности управления. Программы работы бортовых систем КА…

    Проблема делимитации воздушного и космического пространства и перспективы ее решения

    Проблема определения юридических границ космического пространства – одна из важнейших и до сих пор не решенных проблем международного космического права. С одной стороны, необходимо обеспечить действие принципа уважения полного и исключительного суверенитета государств на их воздушное пространство с другой – свободу мирного использования и исследования космического пространства. В решении этой проблемы существует два противоположных по…

    Носители среднего класса Китая

    К РН промежуточного класса (по американской классификации) можно отнести находящиеся в настоящее время в Китае в эксплуатации две модификации базовой трехступенчатой РН Чанчжэн-3 (CZ-3): Чанчжэн-ЗА (CZ-3A) и Чанчжэн-3В (CZ-3B),npинципиально не отличающиеся от базовой РН Чанчжэн-3,а также РН Чанчжэн-2Е (CZ-2E). Зарубежные специалисты считают эти РН идентичными американской РН среднего класса Delta-2. На РН Чанчжэн-3 китайцы впервые…

    Причины реструктуризации военно-политического характера

    Причины, вызвавшие к жизни и продолжающие подпитывать процесс реструктуризации аэрокосмических фирм за рубежом, условно могут быть разделены на три группы: военно-политические, экономические и ресурсные. В основе военно-политических причин лежат новые условия, складывающиеся в мире после завершения “холодной войны”, когда сокращения выделяемых на военные нужды ассигнований привели к уменьшению военных заказов. Так, с 1987 по 1994…

    Навигационные системы

    Находящие все большее применение в различных областях космические навигационные системы будут развиваться в направлении создания на качественно новом уровне навигационно-временного обеспечения различных объектов хозяйственного, научного и оборонного назначения в интересах решения широкого круга задач навигации подвижных объектов, высокоточной привязки при строительстве, геологических изысканиях, при проведении кадастровых работ, контроля за перевозкой ценных грузов, проведения аварийно-спасательных работ…

    Энергетические и двигательные установки ракетно-космической техники

    В создание движителей для вывода полезных нагрузок в космос огромный вклад внесли наши соотечественники. Будучи приговоренным к смертной казни, студент медико-хирургической академии Николай Иванович Кибальчич (1853-1881 гг.) передал в адвокатуру не просьбу о помиловании, а свой “Проект воздухоплавательного прибора”. В этом проекте он высказал идею ракетного летательного аппарата. Н.И. Кибальчич писал, что если его идея…

    Все права защищены ©2006-2020. Перепечатка материалов с сайта возможна только с указанием ссылки на сайт – Невероятно, но факт!.
    Email: hi@poznovatelno.ru