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.
    Тяжелые носители Японии

    В рамках реализации новых космических программ NASDA работает над усовершенствованием РН Н2 – созданием более мощной модификации РН Н2А (“Эйч2А”). На первой ступени этой РН предполагается установить криогенный ЖРД LE-7A, a на второй – криогенный ЖРД LE-5B. В качестве навесных ускорителей должны быть установлены те же два навесных ускорителя, что и на РН Н2. РН…

    Средства управления КА международных консорциумов и коммерческих фирм

    Ряд коммерческих частных фирм эксплуатируют около 10 систем спутниковой связи. К числу таких систем относятся: Intelsat, Galaxy, Telstar, Panamsat, Inmarsat, Iridium, GlobalStar и др. Зона действия систем может быть глобальной или региональной (территория США и заданных районов) в зависимости от числа КА, используемых в системе. Как правило, фирмы имеют собственные малопунктные наземные комплексы, осуществляющие управление…

    Основные тенденции развития космонавтики в России

    Космическая деятельность относится к категории высших государственных приоритетов России вне зависимости от социально-экономических реформ и преобразований и, безусловно, должна базироваться на государственной поддержке – политической, экономической, юридической. В основу ее организации должен быть положен программно-целевой подход, основанный на выделении приоритетных целей космической деятельности и разработке программы их достижения, определяющей главные цели и задачи космической деятельности…

    Средства выведения нового поколения на базе универсального ракетного блока

    Экологические проблемы и стремление к повышению конкурентоспособности РН “Ангара” делают весьма актуальным появление в перспективе всеазимутальных вариантов РН, не требующих для своей эксплуатации отчуждения районов падения отделяющихся частей на суше. С этой целью ракетные блоки первой ступени РН должны оснащаться системой спасения самолетного типа, обеспечивающей их возвращение в район старта после отделения от РН. При…

    Проблемные вопросы, решаемые при создании космодромов. Тенденции развития космодромов

    При создании космодромов приходится решать целый ряд проблему прежде всего это проблемы безопасности и экологии. Такие технологические объекты космодрома, как стартовые комплексы, заправочно-нейтрализационные станции, хранилища компонентов ракетных топлив, твердотопливных двигателей и пиросредств, являются источниками повышенной опасности. Кроме того, стартующая ракета космического назначения создает существенную угрозу по направлению ее полета для окружающей среды и людей. Компоненты…

    Из истории международно-правового регулирования космической деятельности

    С запуском в СССР 4 октября 1957 г. первого в истории цивилизации искусственного спутника Земли началась эра практического исследования и освоения космического пространства – совершенно новой и чрезвычайно специфичной сферы человеческой деятельности. Даже будучи сугубо мирной, такая деятельность в силу своего глобального характера затрагивает интересы всех стран и народов. Все это обусловило возникновение и развитие…

    Носители среднего класса США

    Фирма Lockheed Martin использует для коммерческих запусков три двухступенчатых РН семейства Atlas-Centaur: Atlas-2, Atlas-2A, Atlas-2AS. С 1997 г. не используется их предшественница РН Atlas-1. Эти РН способны выводить КА на орбиту, переходную к геостационарной, и различаются между собой главным образом грузоподъемностью. Эксплуатируемая с 1991 г. РН Atlas-2 (табл.) с 1995 г. производится только в г….

    Эволюция и тенденции развития комплексов управления КА за рубежом

    До середины 1960-х гг. для управления конкретными типами КА создавались специализированные сети слежения. Они разрабатывались разными фирмами, имели свою аппаратуру управления КА и наземные станции. Это относится к большинству гражданских и военных КА того периода. Недостатком такой организации управления КА было быстрое увеличение числа наземных станций слежения при их относительно малой загрузке, что привело к…

    Качественный скачок в развитии орбитальных средств

    Учитывая перспективы развития и совершенствования науки и технологий, прогнозируемые потребности государственных и коммерческих структур в использовании космоса,можно сделать вывод, что характерной чертой космической деятельности в XXI в. будет не только стремление к достижению новых количественных и качественных рубежей в развитии космических систем, но и создание новых высокотехнологичных космических средств и систем различного целевого назначения, затрагивающих…

    Многоразовые космические системы

    Современный уровень развития науки и техники, имеющийся задел в разработке элементной базы многоразовых космических систем (МКС) и созданная к настоящему времени экспериментальная база, а также существующая технология производства в ракетно-космической и авиационной отраслях промышленности позволяют уже в ближайшем будущем рассматривать вопросы, связанные с проектированием и разработкой перспективных МКС. В настоящее время достаточно четко сформировались три…

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