Общие принципы построения ракетно-космических комплексов

1.1. Задачи, выполняемые на ракетно-космическом комплексе при подготовке ракет-носителей к пуску и на этапе пуска

Ракетно-космический комплекс (РКК) представляет собой сложную автоматизированную техническую систему, состоящую из функционально связанных между собой ракет-носителей (РН), по­лезных нагрузок (космических аппаратов, орбитальных кораблей и т.п.), технических устройств, систем управления и обеспечения, управляемых людьми, предназначенную для выполнения задач, оп­ределяемых назначением полезных нагрузок, которыми комплекту­ется ракета-носитель РКК.

Исходной характеристикой, определяющей основные пара­метры РН (размерность ракеты), являются масса полезной нагруз­ки, которую сможет вывести РН на опорную орбиту высотой 200-500 км.

Полезная нагрузка в зависимости от назначения может включать:

• космические аппараты (КА) или блоки модулей космических станций, постоянно размещенных на высотах, близких к высоте опорной орбиты;

• КА с разгонными блоками, переводимыми последними на другие орбиты (в том числе отлетные, геостационарные, высокоэллиптические) и т.п.

Ракеты-носители космических объектов наиболее часто выпол­няются в виде многоступенчатых ракет с маршевыми жидкостными ракетными двигателями (ЖРД), в некоторых случаях снабжаемые стартовыми ускорителями с ракетными двигателями твердого топлива (РДТТ). Конструкции современных РН имеют высокую степень массовой эффективности. Высокая массовая эффективность РН космических объектов в значительной степени определяется строго ограниченными условиями полета РН, в том числе - полями сил и напряжений на конструкцию РН с полезной нагрузкой. Вслед­ствие этого в ракетостроении существует принцип, согласно кото­рому ни при каких условиях наземной эксплуатации ракет-носителей и их составных частей воздействия на них не должны превышать величин полетных нагрузок.

Поэтому схемы конструкций технических устройств и систем обеспечения, входящих в состав наземного оборудования РКК, должны определяться исходя из данного принципа.

Процесс наземной подготовки ракеты и полезной нагрузки к старту включает в отечественном ракетостроении следующие этапы:

• прием и разгрузку составных частей РН и КА на техническом комплексе (ТК);

• проверку правильности функционирования бортовых систем и агрегатов РН изолированно в ходе автономных испытаний и при их совместной работе в составе РН и полезной нагрузки на ТК (ком­плексные испытания);

• диагностику выявленных отказов в функционировании с по­следующей заменой неисправных приборов (агрегатов) и корректи­ровкой эксплуатационной документации;

• заключительные операции с бортовыми системами после за­вершения полного объема испытаний на ТК с обеспечением техни­ческой готовности полезной нагрузки к стыковке с РН;

• механическую и электрическую стыковки полезной нагрузки с РН (сборку) и совместную их проверку на ТК. При этом полезная нагрузка уже может быть заправлена компонентами топлива и газа­ми на специальной позиции либо на ТК;

• операции по обеспечению механической готовности к вывозу РН с полезной нагрузкой на стартовый комплекс (перегрузка на транспортный агрегат, при необходимости установка защиты от действия внешней среды и т.п.);

• транспортировку РН с полезной нагрузкой на стартовый ком­плекс в горизонтальном положении;

• подъем РН с полезной нагрузкой в вертикальное положение и установку ее на стартовое сооружение;

• подведение к ракете устройств, обеспечивающих доступ к зо­нам обслуживания ракеты-носителя и полезной нагрузки; устройств, обеспечивающих электрическое, гидравлическое и пневматическое соединение ракеты с соответствующими наземными коммуника­циями; устройств, обеспечивающих экранирование ракеты от дейст­вия ветровой нагрузки; подведение устройств, обеспечивающих бы­струю эвакуацию обслуживающего персонала и космонавтов;

• отведение при необходимости транспортно-установочного аг­регата;

• установка химических источников тока на РН и полезной на­грузке (в некоторых случаях химические источники тока могут быть установлены на техническом комплексе);

• проведение предстартовых испытаний ракеты-носителя и по­лезной нагрузки;

• проведение операций по подготовке к заправке РН и при не­обходимости полезной нагрузки компонентами топлива, газов и служебных жидкостей и проведение заправки;

• отстыковка при необходимости заправочных топливных ком­муникаций;

• проведение операций по прицеливанию ракеты (наведение или ввод полетного задания);

• доукомплектование полезной нагрузки, посадка экипажа в КА (при использовании КА с экипажем);

• проведение заключительных операций перед стартом;

• отведение всех наземных технологических устройств, кроме устройств электрической связи, пневматической связи (наддув ба­ков), подпитки ракеты легкоиспаряющимся топливом;

• старт ракеты;

• подготовка стартового оборудования к последующим пускам.

В течение всего периода после установки ракеты на стартовое сооружение до старта производится автоматизированный контроль состояния параметров, обеспечивающих безаварийное обслужива­ние ракеты.

В случае выхода параметров ракеты и ее систем за допустимые величины и невозможности их приведения в пределы нормальных величин (путем замены, регулировки элементов систем), произво­дится снятие ракеты-носителя с полезной нагрузкой со стартового сооружения и вывоз на технический комплекс.

Для этого подводятся все вспомогательные устройства наземно­го оборудования, производится высадка экипажа, подстыковывают­ся все электрические, гидравлические и пневматические коммуни­кации, производится слив компонентов топлива; подводится транспортно-установочный агрегат (ТУА), на котором закрепляется ракета; отводятся все вспомогательные устройства наземного оборудования; производится опускание раке­ты на ТУА и отвод агрегата с ракетой со стартовой позиции.

В настоящее время в отечественной космонавтике реализован принцип подготовки к пуску ракеты, при котором на заводе-изготовителе или технической позиции осуществляется укомплекто­вание РН агрегатами, обеспечивающими автоматическую стыковку всех коммуникаций ракеты с ответными частями наземных комму­никаций при установке ракеты на стартовое сооружение и автомати­ческую расстыковку ракеты с соответствующими агрегатами в мо­мент старта, либо непосредственно после взлета ракеты (например, отстрел гаргрота).

Начиная с первых образцов ракетной техники перечисленные операции проводились в большем или в меньшем объеме и были в той или иной степени автоматизированы.

В большинстве случаев в отечественных ракетно-космических ком­плексах транспортные и установочные агрегаты объединяются в единый агрегат, который называется транспортно-установочный агрегат (ТУА).

На общие принципы создания отечественных ракетно-космических комплексов влияет одно важное обстоятельство: ра­кетно-космические комплексы размещаются в удаленных от заво­дов-изготовителей малонаселенных местностях, связанных с цен­трами производства ракет только железной дорогой.

Данное обстоятельство заставляет, как правило, создавать ра­кеты, имеющие стартовую массу более 500 т, пакетной схемы – для обеспечения транспортировки блоков в железнодорожных вагонах, когда максимальный поперечный размер блока и его длина определяется габаритами железнодорожного вагона. Тем самым предопределяется конфигурация поперечного сечения ра­кет, усложняются формы зон обслуживания, что в значительной степени определяет конструкцию транспортно-установочного аг­регата и агрегатов обслуживания.

Во-вторых, несмотря на тот факт, что обычно системы и агрегаты отечественных ракет или их блоков изготавливаются на разных пред­приятиях страны, укомплектование ракет и их полная проверка про­водится на головном заводе-изготовителе, после чего ракета целиком или поблочно транспортируется к местам запуска. Поставка дополни­тельного оборудования или замена агрегатов и приборов является не правилом, а исключением. Это также способствует упрощению под­готовки ракеты к пуску, сокращению сроков подготовки ракеты на полигоне и внедрению широкой автоматизации с использованием достаточно простых алгоритмов управления.