2. Конструкция ракеты-носителя «космос-3м»

2.1. История создания ракеты-носителя «Космос-3м»

Двухступенчатая ракета-носитель (РН) легкого класса "Космос-3М" была создана на базе баллистической ракеты SS-5, используемой в качестве первой ступени, и специально разработанной второй ступени с двукратным включением двигательной установки, обеспечивающей выведение космических аппаратов (КА) на круговые и эллиптические орбиты без разгонного блока.

Проект РН «Космос-3М» начинал разрабатываться в 60-х годах КБ "Южное" (г. Днепропетровск, Украина) под руководством академика М.К. Янгеля. Дальнейшие разработки и летные испытания образцов РН «Космос-3М» проводились научно-производственным объединением прикладной механики (г. Красноярск) под руководством академика М.Ф. Решетнева. Летные испытания различных модификаций РН «Космос-3М» были начаты в 1964 году на космодроме «Байконур».

РН «Космос-3М» впервые стартовала с космодрома «Плесецк» 15 мая 1967 года (рис.2.1), а старт 26 января 1973 года был первым пуском этого носителя с полигона «Капустин Яр».

а) в)

Рис.2.1. Старт (а) и начальный участок выведения (в) РН «Космос-3М» с космодрома «Плесецк»

В 1969 году серийное производство РН, а также конструкторское сопровождение и права авторского надзора были переданы производственному объединению (ПО) «Полет» (г. Омск). Коллектив ПО «Полет» провел большой объем работ по совершенствованию РН «Космос-3М», прежде всего в плане обеспечения его исключительно высокой надежности. РН «Космос-3М» стартовала более 740 раз и лишь в 20 случаях пуски были неудачные.

2.2. Конструктивное исполнение рн «Космос-3м»

РН «Космос-3М» состоит из последовательно расположенных первой и второй ступеней, соединенных между собой разрывными болтами. На второй ступени устанавливается головной обтекатель, под которым размещается КА (рис.2.2).

Рис. 2.2. Общий вид РН «Космос-3М»

Первая ступень состоит из хвостового отсека, силового кольца, бака горючего, приборного отсека, бака окислителя и переходного отсека (рис.2.3).

Хвостовой отсек служит для размещения двигателя первой ступени, агрегатов системы топливоподачи, а также для восприятия нагрузок на старте и в полете. Отсек представляет собой коническую тонкостенную оболочку, подкрепленную продольным и поперечным силовыми наборами. Хвостовой отсек негерметичен. На нем закрепляются четыре стартовые опоры, с помощью которых РН устанавливается на пусковом устройстве, и четыре неподвижных аэродинамических стабилизатора (рис.2.4).

Рис. 2.3. Общий вид первой ступени РН «Космос-3М»

На каждом опорном кронштейне шарнирно закрепляется поворотный газоструйный руль, используемый для управления РН в полете. На корпусе хвостового отсека имеется три пояса эксплуатационных и технологических люков, закрываемых съемными крышками.

К хвостовому отсеку, верхней его части, с помощью болтов крепится силовое кольцо, предназначенное для равномерного распределения по периметру и передачи на тонкостенный корпус РН силы тяги двигателя.

Баки горючего и окислителя предназначены для размещения в них потребного количества компонентов топлива. Оба бака выполнены по несущей схеме и состоят из прессованных панелей и двух штампованных днищ сферической формы. В качестве материала для всех баковых отсеков используется алюминиево-магниевый сплав (рис. 2.5).

Рис. 2.4. Общий вид хвостового отсека первой ступени

Рис. 2.5. Общий вид топливного отсека первой ступени

Между баками горючего и окислителя первой ступени размещается приборный отсек, в котором расположены приборы систем управления и измерений, необходимые при работе систем первой ступени. Приборный отсек представляет собой цилиндрический отсек клепаной конструкции с внутренним силовым набором. Для доступа к приборам, размещенным на приборной раме внутри отсека, на обечайке приборного отсека имеется четыре люка, закрываемых съемными крышками. Снаружи приборного отсека устанавливаются два пороховых двигателя, обеспечивающих торможение первой ступени РН при ее отделении. Приборный отсек через силовые шпангоуты скрепляется болтами с замыкающими шпангоутами баков горючего и окислителя (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Общий вид приборного отсека первой ступени

К верхнему шпангоуту бака окислителя болтами крепится переходной отсек, предназначенный для размещения в нем двигателя второй ступени и стыковки ступеней. Он представляет собой отсек клепаной конструкции с внутренним силовым набором. На отсеке имеется два пояса люков: верхние - для доступа к агрегатам двигателя и нижние - для выхода газов из рулевых сопел двигателя второй ступени в момент их запуска до разделения ступеней (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Общий вид переходного отсека первой ступени

По всей длине корпуса первой ступени (за исключением хвостового отсека) между плоскостями стабилизации III и IV проходит специальный желоб, в котором проложены кабели бортовой сети и трубопроводы пневмосистемы. К верхнему шпангоуту переходного отсека первой ступени четырьмя пироболтами крепится вторая ступень РН.

Корпус второй ступени состоит из хвостового, топливного и приборного отсеков и рамы для крепления КА. Снаружи корпуса установлены подвесные баки системы малой тяги (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Общий вид второй ступени

Хвостовой отсек предназначен для стыковки ступеней, размещения рулевых сопел с питающими трубопроводами и рулевыми машинами. Он представляет собой цилиндрический отсек клепаной конструкции. Для доступа к рулевым машинкам на хвостовом отсеке имеются четыре люка, закрываемые крышками (рис. 2.9).

Рис. 2.9. Общий вид хвостового отсека второй ступени

Топливный отсек второй ступени выполнен по несущей схеме и представляет собой сварной цилиндрический отсек с тремя днищами. Промежуточным сферическим днищем отсек разделен на две полости: верхняя - полость окислителя и нижняя - полость горючего. Нижнее днище топливного отсека выполнено коническим и заканчивается усиленным фланцем, к которому на шпильках крепится маршевый двигатель. Обечайка, днища и шпангоуты топливного отсека выполнены из алюминиево-магниевого сплава (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Общий вид топливного отсека второй ступени

Приборный отсек служит для размещения рамы, на верхний пояс которой устанавливается КА, а на боковые стержни устанавливаются приборы систем управления и измерений (рис. 2.11). На верхний шпангоут приборного отсека крепится головной обтекатель.

Рис. 2.11. Общий вид приборного отсека РН

Баки системы малой тяги (подвесные баки) являются емкостями компонентов топлива, необходимого для работы системы малой тяги (СМТ) на переходном участке траектории, а также для работы двигателя второй ступени при его повторном включении. Баки расположены под углом 45 к плоскостям стабилизации I-IV и II-III и включают два комплекта. Каждый комплект состоит из бака окислителя и бака горючего, соединенных между собой переходником (рис. 2.8).

Двигатель первой ступени РН служит для создания силы тяги на участке полета первой ступени. Управление вектором тяги обеспечивается отклонением газоструйных рулей в потоке истекающих газов (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Общий вид двигателей первой ступени

Двигатель работает на высококипящих самовоспламеняющихся компонентах топлива (27 % раствор четырехокисного азота в азотной кислоте и несимметричный диметилгидразин).

двигатель первой ступени состоит из четырех камер сгорания, двух турбонасосных агрегатов, соединенных трубопроводами с топливными баками.

Двигатель первой ступени крепится к силовому кольцу хвостового отсека с помощью рамы.

Двигатель второй ступени служит для создания силы тяги на участке полета второй ступени (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Общий вид двигателя второй ступени

Двигатель работает на тех же компонентах топлива, что и двигатель первой ступени (27 % раствор четырехокисного азота в азотной кислоте и несимметричный диметилгидразин).

Двигатель второй ступени состоит из основного двигательного блока с камерой сгорания, турбонасосным агрегатом и четырьмя поворотными соплами и двигательного блока малой тяги с автономным газогенератором и четырьмя малыми рулевыми соплами.

В полете основной двигательный блок второй ступени включается 2 раза, а между включениями работает блок малой тяги (переходный участок траектории).

При первом включении двигатель второй ступени питается из основных баков, при повторном включении и на режиме малой тяги – из баков СМТ.

Двигатель крепится к специальному фланцу конического днища топливного отсека второй ступени.