Основа КА Лекции Пузин

КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ СЕРИИ «РЕСУРС»

Космический аппарат «Ресурс-ДК» (2006 г.)

КА «Ресурс-ДК» двойного назначения с оптико-электронной аппаратурой выполняет функции орбитальной платформы с иностранной научной аппаратурой «Памела» и «Арина».

Дальнейшим развитием КА данной серии являются КА типа «Ресурс-П» (№1, №2, №3)

5

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ СЕРТИИ «ФОТОН-М» и «БИОН-М»

Научно-исследовательские космические аппараты серии «Фотон-М» и «Бион-М»

КА данной серии предназначены для исследования влияния факторов космического полета на биологические образцы и животных в период всего полета (до 60 суток).

Результаты научных экспериментов доставляются на Землю в СА. В качестве попутной полезной

нагрузки на борту устанавливаются МКА

a

6

МАЛЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ СЕРТИИ

«АИСТ»

Научно-технологический МКА «АИСТ»

Летный образец МКА выведен попутной нагрузкой КА «Бион-М» в апреле 2013 г., Технологический образец выведен в качестве попутной нагрузки блоком выведения «Волга» в декабре 2013 г.

Назначение:

–отработка магнитной системы компенсации микроускорений (НА «МАГКОМ»);

–определение флуктуаций гравитационного и магнитного полей

–исследования энергетического состава, характера движения микрочастиц на орбите КА «Бион-М» (НА «МЕТЕОР»)

–ввод в эксплуатацию наземного комплекса управления ДОКА-Н;

–включение разработки, создания, эксплуатации МКА «АИСТ» в учебный процесс СГАУ.

Основные технические характеристики ЛО: Начальные параметры рабочей орбиты:

–околокруговая НКР = 575 км;

–наклонение j = 64,9˚;

–срок активного существования МКА – до 3 лет;

–МКА совершает неориентированный полет;

–масса МКА с адаптером – 53 кг.

77

МАЛЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ СЕРТИИ «АИСТ» (МКА «АИСТ-

2Д»)

8

ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ (РАЗГОННЫЕ БЛОКИ)

Разгонные блоки. Важнейшей составной частью системы средств выведения являются разгонные блоки (РБ), называемые также межорбитальными буксирами. Разгонные блоки обеспечивают перемещение выводимых полезных грузов с орбиты на орбиту или направление их на отлетные и межпланетные траектории. Для этого РБ должны иметь возможность выполнять

один или несколько маневров, связанных с изменением скорости полета, для чего в каждом случае предполагается включение маршевого двигателя. Между этими включениями следуют продолжительные (до нескольких часов) участки пассивного полета по переходным орбитам или траекториям. Таким образом, любой РБ должен иметь

маршевый двигатель многократного включения, а также дополнительную реактивную систему или двигательную установку, обеспечивающую ориентацию и стабилизацию движения РБ с КА и создание условий для запуска

маршевого двигателя. При этом управление работой его двигателей может осуществляться как от системы управления КА, так и от автономной системы управления самого РБ. В последнем случае он должен иметь специальный приборный отсек для ее размещения.

В ГКНПЦ им. М.В. Хруничева создан разгонный блок “Бриз-М”, предназначенный для замены блоков серии “Д”/”ДМ” и использования в составе РН “Протон-К” и “Протон-М”. Новый разгонный блок позволит повысить массу полезной нагрузки, доставляемой на геостационарную орбиту, до 3 т.

В 1999 г. РБ “Бриз-М” проведены летные испытания.

РБ “Бриз-М” состоит из центрального блока и окружающего его сбрасываемого тороидального дополнительного топливного бака. Топливный отсек цилиндрический с совмещенным днищем при переднем размещении бака окислителя. Верхнее днище бака окислителя сферическое, а нижнее имеет

9

ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ (РАЗГОННЫЕ БЛОКИ)

сложную форму и образует полусферическую нишу. Эта ниша проходит через бак горючего и образована внутренней конической обечайкой бака. Коническая обечайка приварена вверху к нижнему сферическому днищу бака окислителя, а внизу – к нижнему сферическому днищу бака горючего.

Маршевый ЖРД, имеющий возможность многократного (не менее 10) включения, установлен в нише, внутри топливного бака центрального блока. ЖРД малой тяги, работающие на тех же компонентах топлива, что и маршевый двигатель, обеспечивают ориентацию и стабилизацию РБ во время автономного полета, а также поджатие топлива в баках при запусках маршевого двигателя. Установленная в приборном отсеке инерциальная система управления обеспечивает управление полетом РБ “Бриз-М” и его бортовыми системами. РБ оснащен также системой энергопитания и аппаратурой для сбора телеметрической информации и для внешнетраекторных измерений. При создании РБ “Бриз-М” большое внимание было уделено улучшению его эксплуатационных свойств. Так, в частности, заправку РБ компонентами топлива предусматривается производить в заводских условиях с последующей ампулизацией блока.

Принципиальной особенностью конструкции РБ “Бриз-М” является использование многих систем и агрегатов от РБ “Бриз-КМ”, созданного для РН “Рокот”. Для повышения грузоподъемности РБ “Бриз- М” на нем применены сбрасываемые тороидальные топливные баки помимо основных на центральной части блока. Кислородно-водородный разгонный блок (КВРБ) разрабатывается в ГКНПЦ им. М.В. Хруничева для использования с РН “Протон-М”, а в перспективе – с РН тяжелого класса “Ангара”. Создание КВРБ потребовалось для вывода на высокие орбиты перспективных российских космических аппаратов и расширения спектра услуг на рынке коммерческих пусков. Прообразами этого блока стали нереализованный проект ГКНПЦ им. М.В. Хруничева криогенного разгонного блока “Шторм” и созданный для индийской РН GSLV кислородно-водородный блок 12КРБ.

10

ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ (РАЗГОННЫЕ БЛОКИ)

Разгонный блок “Фрегат” создан в НПО им. С.А. Лавочкина для использования в составе РН “Союз-2”. Он допускает до 20 включений маршевого двигателя в полете и имеет запас топлива на борту до 5350 кг. ЖРД работает на компонентах топлива AT + НДМГ. Топливо размещено в четырех сферических баках. Еще две такие же сферические емкости используются в качестве приборных контейнеров. Все шесть сфер размещены вокруг маршевого двигателя, камера которого установлена в карданном подвесе. Силовая рама кардана крепится к четырем кронштейнам, каждый из которых приварен к соответствующему топливному баку. На РБ “Фрегат” имеется также двигательная установка ориентации и обеспечения запуска маршевого двигателя. Ее работа основана на каталитическом разложении гидразина, запас которого (-85 кг) размещен в двух небольших сферических баках. Наддув баков, обеспечивающий вытеснительную подачу всех компонентов топлива, осуществляется гелием. Первый запуск РБ “Фрегат” по программе летных испытаний успешно осуществлен 9 февраля 2000 г. в составе РН “Союз”.

Блок выведения «Волга» разработан АО «РКЦ «Прогресс». Блок выведения (БВ) «Волга» обеспечивает выведение полезного груза с космодромов Плесецк и Байконур совместно с ракетой- носителем «Союз-2» этапов 1а, 1б и 1в :

-на круговые орбиты высотой до 1500 км;

-на солнечно-синхронные орбиты высотой до 850 км.

При запуске РН «Союз-2» этапа 1б с космодрома Байконур энергетические возможности БВ обеспечивают выведение ПГ на круговые орбиты высотой 800 км следующей массы: 6280 кг на орбиту с наклонением 51,8º; 4900 кг на орбиту с наклонением 91,6º.

При запуске с космодрома Плесецк энергетические возможности БВ обеспечивают выведение ПГ на круговые орбиты высотой 800 км следующей массы: 5700 кг на орбиту с наклонением 62,8º; 4590 кг на солнечно-синхронную орбиту наклонением 91,6º.

Более подробно конструктивные особенности и возможности БВ «Волга» будут рассмотрены ниже.

11

ТРАНСПОРТНЫЕ СИСТЕМЫ (РАЗГОННЫЕ БЛОКИ)

Кислородно-водородный разгонный блок (КВРБ), предприятие разработчик ГКНПЦ им. М.В. Хруничева. КВРБ выполнен по одноступенчатой схеме и состоит из верхнего переходника, бакового отсека, двигательного отсека и проставки между КВРБ и РН.

Баки КВРБ – несущие, расположены последовательно: сверху – бак жидкого кислорода, снизу – бак жидкого водорода.

Система управления и бортовой измерительный комплекс КВРБ создаются на базе аналогичных систем разгонного блока “Бриз-М”. Электронные блоки этих систем установлены на верхнем переходнике. Переходник имеет также стыковочный элемент для установки на КВРБ космических аппаратов как российского, так и иностранного производства. Рассматриваются два варианта маршевого двигателя КВРБ: РД-0146 разработки КБХА и КВД-1М разработки КБХМ. Двигатель РД-0146 создается на базе американского двигателя RL10A-4-1 совместно КБ химавтоматики и компанией Pratt & Whitney. Изготавливаться двигатель будет в Воронеже. Маршевый двигатель имеет тягу в пустоте около 10 тс. Он крепится в карданном подвесе для управления направлением вектора тяги по тангажу и рысканию. Для управления по вращению устанавливаются два блока рулевых

микродвигателей. Возможен многократный запуск двигателя для вывода полезной нагрузки в заданную точку. Проставка двигательного отсека позволяет блоку при минимальных изменениях стыковаться с РН “Протон-М”, “Ангара” и другими носителями. Заправка топливом, сжатыми газами, обеспечение температурных режимов пожаробезопасности, электрические связи осуществляются через отрывные бортовые разъемы, находящиеся на самом блоке. Число магистралей и электрических связей с РН минимально, что упрощает адаптацию РБ к различным носителям.

12

БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Состав бортовых систем КА

Конкретный состав бортовых систем КА определяется его целевым назначением, но обязательно включает следующие системы:

-Систему энергопитания (СЭП);

-Систему обеспечения теплового режима (СОТР);

-Бортовой комплекс управления (БКУ) с бортовыми обеспечивающими системами КА: командно-измерительная система (КИС), систему управления движением (СУД), спутниковую систему навигации (ССН), бортовую вычислительную систему (БВС), бортовое синхронизирующеее координатно-временное устройство (БСКВУ), объединенную двигательную установку (ОДУ);

-Систему трансляции команд и распределения питания (СТКРП);

-Бортовую систему телеметрического контроля (БСТК);

-Высокоскоростная радиолиния (ВРЛ) для передачи данных от бортовой специальной аппаратуры или телекомуникационной информации, включающей бортовую систему передачи данных и АФУ.

Для КА, которые осуществляют доставку результатов научных экспериментов и экипажа в спускаемых аппаратах (СА), должны входить:

-Система обеспечения жизнедеятельности (СОЖ);

-Система отделения СА от КА и спуска СА в атмосфере;

-Система приземления ( СП).

На борту пилотируемых КА должна быть установлена система аварийного спасения (САС), а на борту его СА система управления спуском (СУС).

13

БОРТОВЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

В состав системы энергопитания обычно входят: первичный и вторичный источник электроэнергии, преобразующие, зарядные устройства и автоматика управления.

Первичные источники энергии. В качестве первичных источников используются различные генераторы энергии:

-солнечные батареи;

-химические источники тока, в частности: аккумуляторы, гальванические элементы, топливные элементы;

-радиоизотопные источники энергии;

-ядерные реакторы.

Как правило источники энергии комбинируют, например, солнечную батарею с химическим аккумулятором.

Солнечные батареи. Мощность излучения Солнца на орбите Земли составляет 1367 Вт/м². Это позволяет получать примерно 130 Вт на 1 м² поверхности солнечных батарей (при КПД 8…13 %). Солнечные батареи располагают или на внешней поверхности аппарата или на раскрывающихся жёстких панелях. Для максимизации отдаваемой батареями энергии перпендикуляр к их поверхности должен быть направлен на Солнце с точностью 10…15˚. В случае жёстких панелей это достигается или ориентацией самого КА или специализированной автономной электромеханической системой ориентации солнечных батарей, при этом панели подвижны относительно корпуса аппарата.

Солнечные батареи (СБ) со временем деградируют под действием следующих факторов:

-метеорная эрозия уменьшающая оптические свойства поверхности фотоэлектрических преобразователей;

-радиационное излучение понижающее фотоэдс, особенно при солнечных вспышках и при полёте в радиационном поясе Земли;

-термические удары из-за глубокого охлаждения конструкции на затенённых участках орбиты,

нагрева на освещённых и наоборот.

14