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 тяжелого класса

    Носителями тяжелого класса из числа зарубежных стран располагают США, страны Европейского космического агентства (ЕКА) и Япония. Первые тяжелые носители были созданы американцами в 1964-1967 гг. для обеспечения лунной программы Apollo. Самый мощный из них Saturn-5 позволял выводить на околоземную орбиту высотой 500 км полезный груз массой около 120 т. С завершением программ Apollo и Skylab…

    Средства управления КА Китая

    Китай эксплуатирует КА военного и двойного применения для связи, метеообеспечения, ДЗЗ, а также запускает экспериментальные КА, в том числе военные. Для управления этими КА предназначен многопунктный, организационно единый НКУ, эксплуатируемый Китайским объединением по запускам, слежению, телеметрии и управлению КА. Это объединение подчинено Комитету по оборонной науке, технике и оборонной промышленности (КОНТОП) Госсовета. В состав НКУ…

    Развитие и совершенствование методологии задания требований, оценки, контроля и обеспечения качества и надежности космических систем и их составных частей

    Существенное возрастание сложности РКТ, разработка КА длительного функционирования и высокие требования к безотказности внесли принципиальные изменения в методологию обеспечения и контроля их надежности. Основное внимание при обеспечении и контроле надежности РКТ было направлено на анализ причин потенциальных и имевших место при испытаниях отказов, разработку эффективных мероприятий по их предупреждению. Основные принципы современной методологии обеспечения и…

    Ракеты-носители, создаваемые на базе снимаемых с вооружения МБР

    Ракета-носитель «Старт-1» создана Научно-техническим центром (НТЦ) «Комплекс» Московского института теплотехники (МИТ), который хорошо известен как создатель межконтинентальных баллистических ракет, в том числе МБР «Тополь» (SS-25), ставшей прообразом нового носителя. РН «Старт-1» предназначена для вывода малых космических аппаратов на низкие околоземные орбиты. Уже было проведено два успешных пуска этой ракеты-носителя с космодрома Свободный с экспериментальным КА…

    Основные направления развития космодромов России

    Существующая система средств выведения имеет в своем составе КРК легкого, среднего и тяжелого классов, базирующиеся на отечественном космодроме Плесецк и космодроме Байконур, расположенном на территории Республики Казахстан. Переход под юрисдикцию бывших республик СССР объектов космической инфраструктуры поставил перед Россией ряд проблем: обеспечение независимости в осуществлении космической деятельности, и в первую очередь в военной области; рациональное…

    Перспективы развития программного обеспечения космической деятельности

    Сложность объектов ракетно-космической техники обусловлена многообразием решаемых ими задач научного, социально-экономического и оборонного характера. В перспективе многофункциональные объекты РКТ по своим возможностям будут приближаться к автоматическим летающим роботам, а их группировки и комплексы управления — к большим пространственно распределенным интеллектуальным системам. Такие системы топологически могут быть представлены в виде наземно-космической интеллектуальной информационной сети. Интеллектуальность сети,…

    Тяжелые носители Европейского космического агентства

    При создании европейских носителей использовался принцип постепенного совершенствования существующих систем, считающийся традиционным в самолетостроении. Это показывают различные модификации РН, в том числе РН Ariane-4. В отличие от них тяжелая Ariane-5 — новый шаг вперед во всех отношениях, поэтому эта РН, как предполагают западноевропейские специалисты, должна стать первой моделью новой серии. С помощью РН Ariane-5 предусматривается…

    Средства управления КА Японии

    Национальное управление Японии по космосу NASDA (НАСДА) разрабатывает и эксплуатирует КА связи, ДЗЗ, метеообеспечения и другие, имеющие двойное назначение. Научные КА ведет Институт авиационно-космических исследований ISAS (ИСАС). Обе организации имеют собственные ЦУ КА и КИПы. Однако на некоторых КИПах, расположенных вне территории Японии, по-видимому, установлены средства обеих организаций, которые при необходимости используются совместно. Здесь НКУ…

    Опыт и принципы космического страхования

    В России космическое страхование появилось в начале 1990-х гг. Этот период для космической деятельности характеризуется расширением практики создания и эксплуатации космических систем и комплексов на коммерческой основе, выходом ряда предприятий ракетно-космической отрасли на внешний рынок. В связи с этим актуальными становятся вопросы повышения экономической защиты космических проектов, прежде всего за счет созда-ния эффективно действующей системы…

    Перспективные ракеты-носители

    Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева в рамках программы «Ангара» ведет разработку целого ряда ракет-носителей, ключевым звеном которой является создание ракеты-носителя тяжелого класса — носителя XXI в. как транспортной основы космической программы России. ОКР по созданию семейства РН «Ангара» проводится на основании Указа Президента РФ № 14 от 6 января 1995 г. «О создании…

    Все права защищены ©2006-2023. Перепечатка материалов с сайта возможна только с указанием ссылки на сайт – Невероятно, но факт!.
    Email: hi@poznovatelno.ru. Карта сайта
     

    Невероятно, но факт!