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.
    Космические эксперименты

    Одним из первых космических экспериментов было фотографирование Земли, показавшее, как много могут дать наблюдения из космоса для открытия и разумного использования природных ресурсов. Задачи по разработке комплексов фото- и оптикоэлектронного зондирования земли, картографирования, исследования природных ресурсов, экологического мониторинга, а также по созданию ракет-носителей среднего класса на базе ракет Р-7А выполняет бывший филиал № 3 ОКБ,…

    Европейские носители легкого класса

    В Испании под руководством Испанского национального института аэрокосмических технологий INTA, финансируемого министерством обороны, разрабатывается проект трехступенчатого твердотопливного легкого носителя Capricornio (“Козерог”) для запуска малых КА. Первая ступень РН представляет собой американский РДТТ Castor-4B, a верхние ступени – испанской разработки. Стартовая масса РН, имеющей длину 18,25 м, составляет 15 т. РН способна выводить на низкие околоземные…

    Анализ процесса реструктуризации аэрокосмических фирм

    Нынешняя реструктуризация аэрокосмической промышленности США – самый широкомасштабный процесс за всю послевоенную историю. С 1990 г. состоялось более 30 сделок по слияниям и поглощениям. Сюда относятся как крупные приобретения одними компаниями отдельных подразделений других фирм, так и слияния самих корпораций с образованием фирм с новым названием. Однако было бы упрощением рассматривать проходящие в зарубежной аэрокосмической…

    Космические технологии и материаловедение

    Регулярные исследования, касающиеся создания космических технологий и материаловедения, начались примерно с 1976 г. Проведение научных и технологических экспериментов в космосе открыло принципиально новые возможности углубленного исследования многих физических явлений, изучение которых на Земле затруднено или даже невозможно из-за действия силы тяжести. Анализ результатов проведенных экспериментов позволил существенно продвинуться в понимании особенностей протекания процессов диффузии, кристаллизации…

    Бортовые солнечные энергетические установки

    Развитие орбитальных средств различного назначения характеризуется ростом общего уровня их энергопотребления и соответственно энерговооруженности, а следовательно, и срока активного существования. В частности, уровень энергопотребления бортовой ретрансляционной аппаратуры и служебных систем коммуникационных геостационарных КА нового поколения будет составлять до 5-10 кВт при уровне энерговооруженности 1,4-2,0 Вт/кг, что примерно в 2-3 раза выше, чем соответствующие показатели отечественных…

    Особенности построения НКУ КА дальнего космоса

    Структурное построение и радиотехнические системы НКУ КА дальнего космоса отличаются рядом существенных особенностей, связанных с большими удалениями и характером движения лунных и межпланетных космических станций. На удалениях, превышающих сотни тысяч километров, видимое движение КА по небосводу напоминает движение планет: в течение сеанса связи положение КА относительно звезд для наземного наблюдателя практически не меняется. Угловые координаты…

    Международно-правовые аспекты проблемы экологии космос

    Основополагающим документом, имеющим отношение к проблеме сохранения устойчивого экологического состояния космической среды, является Договор по космосу (1967 г.). Статья 1 этого Договора предусматривает осуществление космической деятельности таким образом, чтобы не затруднить и не нарушить права других стран на мирное освоение космоса. В статье 4 Договора подчеркивается, что государства несут международную ответственность за национальную деятельность в…

    Общая характеристика космонавтики в мире

    Вывод Советским Союзом 4 октября 1957 г. искусственного спутника на орбиту вокруг Земли положил начало космической гонке, которая к настоящему времени достигла небывалых масштабов. На начальном ее этапе, проходившем в условиях “холодной” войны, главные побудительные причины, задававшие тон в этом марафоне, носили политический и военный характер. Престиж и безопасность (в широком понимании) государства – вот…

    Носители легкого класса США

    В 1993 г. фирмой Lockheed была начата программа создания семейства РН LLV (Lockheed Launch Vehicle) малой и средней грузоподъемности. Первый пуск первой РН этого семейства – двухступенчатой твердотопливной РН LLV-1 малой грузоподъемности после неоднократных задержек из-за различных неполадок был осуществлен в августе 1995 г., однако закончился неудачей. Характеристики РН LMLV таковы: LMLV-1 грузоподъемностью порядка 1,0…

    Направленность реструктуризации

    Процессы реструктуризации аэрокосмической промышленности, происходящие за рубежом, направлены на достижение качественно нового состояния фирм, позволяющего не только выжить в условиях изменяющейся обстановки,но и обеспечить наращивание конкурентных возможностей на рынке космических товаров и услуг. Преимущества, получаемые фирмами в результате реструктуризации, можно условно выделить в четыре группы. Первая группа – текущая экономия на элементах постоянных издержек. Внутрифирменная…

    Все права защищены ©2006-2021. Перепечатка материалов с сайта возможна только с указанием ссылки на сайт – Невероятно, но факт!.
    Email: hi@poznovatelno.ru. Карта сайта
     

    Невероятно, но факт!