omega_giperon (omega_hyperon) wrote,
omega_giperon
omega_hyperon

Categories:

Проект "Клипер" - часть 1 НК 07/2005

Вспонив про потомка ТКС, сложно не вспомнить и про "Клипер", участвовший в конкурсе 2006-го года. А потому предлагаю обратиться к статье С.Шамсутдинова с подробным описанием данного проекта из июльского номера журнала "Новости космонавтики" за 2005 год. Начало:


В НК №5, 2004, с.54-59 было опубликовано интервью президента и генерального конструктора РКК «Энергия» Ю.П.Семенова, где впервые кратко рассказывалось о проекте нового космического корабля «Клипер». Данная публикация вызвала значительный интерес у читателей. В редакцию поступило множество откликов и просьб подробнее рассказать об этом новом проекте и его состоянии в настоящее время. С этой целью Сергей Шамсутдинов встретился с заместителем генерального конструктора РКК «Энергия» по проектным работам Николаем Альбертовичем Брюхановым, который предоставил дополнительную информацию по кораблю «Клипер».

Рождение проекта

В 2000 г. в РКК «Энергия» в инициативном порядке были начаты проектные проработки по перспективному пилотируемому кораблю нового поколения, который должен прийти на смену «Союзу». В различных модификациях «Союз» эксплуатируется уже почти 40 лет. И хотя он зарекомендовал себя очень хорошо и является надежным пилотируемым кораблем, но за эти годы морально и технически устарел, несмотря на проведенные модернизации. Его летно-эксплуатационные характеристики все менее удовлетворяют возросшим требованиям к
современным пилотируемым кораблям.

Опыт эксплуатации орбитальных комплексов «Мир» и МКС, а также тенденции развития пилотируемой космонавтики показали целесообразность разработки пилотируемого корабля с увеличенной численностью экипажа и массой доставляемых и возвращаемых грузов, а также улучшенными техническими характеристиками, в первую очередь, с меньшими перегрузками при спуске и увеличенной точностью посадки.

На начальном этапе работ были проанализированы все отечественные и зарубежные проекты космических кораблей с возвращаемыми аппаратами (ВА) трех основных типов, принципиально отличающихся аэродинамической формой и способом посадки:

➊ осесимметричные спускаемые аппараты типа «фара» с вертикальной (парашютной) посадкой;
➋ аппараты «несущий корпус» с вертикальной (парашютной) посадкой;
➌ крылатые аппараты с высоким аэродинамическим качеством с горизонтальной (самолетной) посадкой.

Сравнив технико-эксплуатационные оценки кораблей данных типов, проектанты РКК «Энергия» пришли к выводу, что аппарат «несущий корпус» наиболее предпочтителен для дальнейшей разработки в качестве перспективного космического корабля.

На основании этих проработок в начале 2002 г. были начаты научно-исследовательские работы по кораблю с возвращаемым аппаратом конструктивной формы «несущий корпус». Данные работы проводились по следующим основным направлениям:
➧ разработка основных требований к кораблю и определение состава бортовых систем;
➧ определение конструктивно-компоновочной схемы корабля;
➧ исследование аэрогазодинамических характеристик возвращаемого аппарата и отделяемого головного блока при работе САС;
➧ исследование устойчивости и управляемости возвращаемого аппарата, определение состава и характеристик аэродинамических и реактивных исполнительных органов управления возвращаемым аппаратом на участке спуска;
➧ баллистический анализ траекторий спуска ВА, в т.ч. при работе САС;
➧ определение характеристик теплообмена возвращаемого аппарата на участке спуска и выбор теплозащитного покрытия;
➧ исследование концепции построения комплекса средств посадки, анализ и выбор таких средств;
➧ оценка технико-эксплуатационных характеристик и технологического обеспечения изготовления корабля на Заводе экспериментального машиностроения (ЗЭМ), входящем в состав РКК «Энергия».
Общий вид корабля и его габаритные размеры

Исследования и анализ аэродинамических характеристик возвращаемого аппарата, его устойчивости и управляемости на атмосферном участке полета проводились в два этапа в 2002–2003 гг. в ЦАГИ. Продувочные испытания масштабной модели возвращаемого аппарата были выполнены в 2003 г. в аэродинамической трубе в ЦНИИмаш. Исследования и проектные оценки вариантов построения парашютных систем для возвращаемого аппарата типа «несущий корпус» проводились в 2003 г. в НИИ парашютостроения. Результаты этих исследований были представлены в соответствующих научно-технических отчетах.

В начале 2004 г. в РКК «Энергия» был выпущен итоговый отчет «Результаты проектных проработок и исследований пилотируемого космического корабля с возвращаемым аппаратом конструктивной формы “несущий корпус”». Данный проект пилотируемого космического корабля (ПКК) получил название «Клипер».

17 февраля 2004 г. во время пресссконференции в ИТАР-ТАСС генеральный директор Росавиакосмоса Ю.Н.Коптев впервые сообщил о проекте перспективного корабля «Клипер» широкой общественности, и эта новость тогда прозвучала как сенсация!

В 2004 г. в РКК «Энергия» начались предэскизные работы по уточнению конструктивно-компоновочной схемы корабля и состава бортовых систем. В результате этого в первоначальный проект были внесены некоторые изменения. В частности, была кардинально переработана система аварийного спасения (САС), изменилось расположение двигателей причаливания и ориентации, в системе электроснабжения было решено отказаться от солнечных батарей в пользу электрохимического генератора.

В 2004 г., помимо основного варианта корабля по схеме «несущий корпус», развернулись проектные и исследовательские работы по крылатому варианту совместно с КБ имени П.О.Сухого. Была начата разработка «крылатой схемы» корабля, поскольку данный вариант в наибольшей степени соответствует условиям комфортности спуска в атмосфере и посадки: крылатые возвращаемые аппараты обладают высоким аэродинамическим качеством, как на гиперзвуковых, так и на дозвуковых скоростях, благодаря чему экипаж испытывает незначительные перегрузки на участке спуска.

Кроме того, обеспечивается возможность аэродинамического маневра (~1500–2000 км) и горизонтальная (самолетная) посадка на аэродром с использованием колесного шасси. Посадка на аэродром исключает необходимость задействования дорогостоящих средств Поисково-спасательной службы (ПСС). К преимуществу «крылатой» схемы можно также отнести больший коэффициент многоразовости: не требуются парашютная система, двигатели мягкой посадки, посадочное устройство, т.е. одноразовые системы, замена которых требуется после каждого полета.

Недостатком «крылатой схемы» является то, что невозможен неуправляемый спуск корабля, в связи с чем в этом варианте предъявляются более высокие требования к надежности бортовых систем на участке схода с орбиты и приземления. На случай возможного аварийного спуска потребуются дополнительные запасные аэродромы. Следует также отметить, что «крылатый» вариант будет несколько тяжелее (но не намного), чем аппарат по схеме «несущий корпус», за счет того, что в нем имеются крылья с теплозащитным покрытием и шасси, хотя при этом отсутствуют парашютная система, двигатели мягкой посадки и посадочное устройство.

Таким образом, в настоящее время в РКК «Энергия» ведутся предэскизные работы по двум вариантам «Клипера»: «несущий корпус» и «крылатого» типа. В последующем для реализации может быть выбран один из этих вариантов.

Ниже приводится подробное описание варианта «несущий корпус».

Описание «крылатого» варианта планируется опубликовать в одном из следующих номеров НК.

Назначение корабля

ПКК «Клипер» представляет собой многоразовый многоцелевой космический корабль, который может использоваться как в пилотируемом, так и в беспилотном (автоматическом) режиме.

Пилотируемый космический корабль разрабатывается как элемент транспортной системы обслуживания орбитальных комплексов (станций) на околоземных орбитах высотой до 500 км и выполняет следующие основные задачи:

➧ доставка на орбитальную станцию и возвращение на Землю экипажа и полезного груза;
➧ возвращение со станции на Землю результатов исследований и экспериментов;
➧ выполнение функции корабля-спасателя для эвакуации экипажа станции на Землю при возникновении экстремальной ситуации (при нахождении корабля в составе станции);
➧ выполнение отдельных полетных операций в процессе дежурства в составе станции в рамках располагаемых ресурсов корабля;
➧ удаление со станции отработавшего свой ресурс оборудования, продуктов жизнедеятельности и т. д.

ПКК «Клипер» с необходимым доснащением обеспечивает:

◆ выполнение целевых пилотируемых полетов, предусматривающих эксперименты и исследования в автономном полете, включая отработку систем и элементов перспективных космических аппаратов;
◆ обслуживание кооперированных КА (регламентные и ремонтно-восстановительные работы, маневры коррекции орбиты);
◆ выполнение коммерческих космических полетов (например: посещение группой туристов орбитальной станции).

Дооснащение корабля под различные целевые задачи предполагается проводить в основном за счет доработок агрегатного отсека. При этом допускается исключать из состава корабля системы и агрегаты, обеспечивающие взаимодействие со станцией, например систему стыковки, систему взаимных измерений, средства межбортовой связи и т. д.
Конструктивно-компоновочная схема
Конструктивноокомпоновочная схема корабля
«Клипер» конструктивно состоит из следующих составных частей: возвращаемый аппарат (ВА) и агрегатный отсек (АО). ВА и АО представляют собой самостоятельные и функционально законченные изделия. ВА предназначен, главным образом, для размещения экипажа и обеспечения его функционирования как на этапах выведения и орбитального полета, так и на этапе спуска и посадки. АО предназначен, в основном, для размещения газов, пищи и воды, поддерживающих длительное функционирование экипажа, а также запасов топлива объединенной двигательной установки (ОДУ). ВА и АО функционируют совместно на этапах выведения и орбитального полета. Отделение ВА от АО производится после выдачи тормозного импульса для схода ВА с орбиты.

Возвращаемый аппарат состоит из негерметичного фюзеляжа и герметичного модуля кабины (МК).

Схема агрегатирования возвращаемого аппарата
Фюзеляж разработан в двух вариантах: «несущий корпус» и крылатый. Количество циклов использования фюзеляжа еще предстоит определить (из-за его двухвариантности и типа посадочного устройства).



Общая компоновочная схема корабля с переходным отсеком ДУ САС:
1 – носовой кок; 2 – электрохимический генератор; 3 – приборный отсек; 4 – иллюминатор; 5 – парашютный контейнер; 6 – люк между МК и БО; 7 – датчик СУДН;
8 – телекамера; 9 – антенна системы сближения (в сложенном состоянии); 10 – двигательный блок (4 шт.) с двумя маршевыми двигателями и двумя ДПО (на рисунке блок
показан в устаревшей конфигурации); 11 – РДТТ САС (8 шт.); 12 – стыковочный агрегат; 13 – топливные баки; 14 – емкости для воды; 15 – баллоны с газом наддува
топливных баков; 16 – топливные баллоны; 17 – горизонтальный твердотопливный двигатель (10 шт.); 18 – аппаратура и оборудование;
19 – вертикальный твердотопливный двигатель (13 шт.); 20 – кресло космонавта
В носовой части фюзеляжа установлен носовой конус, в котором размещается блок двигателей причаливания и ориентации (ДПО-Н) носового пояса объединенной двигательной установки (ОДУ) корабля. Спереди фюзеляж закрывается носовым коком, который устанавливается на передний шпангоут носового конуса. На фюзеляже с внутренней стороны установлены баки с запасами топлива, приводы аэродинамических органов управления, запасы сжатых газов, трубопроводы, а также специальное посадочное устройство. Снаружи фюзеляж покрыт теплозащитными панелями.

Модель модуля кабины (1:10). Фото И.Маринина
Модуль кабины выполнен в виде тела вращения из алюминиевого сплава и представляет собой сварную герметичную оболочку объемом 20 м3, подкрепленную шпангоутами и продольными силовыми балками. МК является многоразовым (до 25 циклов использования). Кабина выполнена полупогруженной. Нижняя ее часть находится внутри фюзеляжа и защищена им от воздействия высоких температур и скоростного напора. Верхняя часть закрыта теплозащитными панелями. В МК размещается экипаж, бортовой комплекс управления, пульты, радиоэлектронная аппаратура и оборудование средств жизнеобеспечения, системы обеспечения теплового режима, системы электроснабжения, системы управления спуском, а также парашютный контейнер и полезный груз. На корпусе МК располагается посадочный люк (с левого борта) и четыре иллюминатора диаметром 230 мм (по два с каждой стороны).

Агрегатный отсек конструктивно состоит из двух составных частей: корпус и бытовой отсек (БО). АО является одноразовым.

Корпус АО изготавливается из алюминиевого сплава и выполнен в виде клепаной конической оболочки с силовым набором; с одной стороны он заканчивается шпангоутом для установки корабля на переходной отсек с двигателями САС, а с другой – шпангоутом для соединения с ВА.

На корпусе АО с внутренней стороны установлена система хранения и подачи топлива ОДУ корабля. Снаружи корпуса устанавливаются радиационный теплообменник системы обеспечения теплового режима, антенно-фидерные устройства и др. Корпус закрыт экранноовакуумной теплоизоляцией (ЭВТИ). Внутри АО установлен бытовой отсек, который закреплен на корпусе АО и пристыкован к ВА.

Корпус БО выполнен в виде сварной герметичной оболочки объемом 8 м3, закреплен на корпусе АО и закрыт ЭВТИ. На корпусе БО с одного торца установлен стыковочный агрегат для стыковки к орбитальной станции, а с другого – специальный стыковочный узел, при помощи которого он пристыкован к ВА. На корпусе БО установлены: четыре блока двигателей, включающих в себя маршевые двигатели и двигатели причаливания и ориентации (ДПООХ) хвостового пояса ОДУ; антенно-фидерные устройства; аппаратура системы сближения; телекамера контроля стыковки. На БО имеется один иллюминатор диаметром 420 мм.

Внутри БО размещаются спальные места, санитарно-гигиеническое оборудование, запасы системы жизнеобеспечения, агрегаты системы терморегулирования и др. Стык корпуса АО с ВА имеет механические, электрические и гидравлические связи.

Экипаж

Пилотируемый корабль «Клипер» способен доставлять на станцию и возвращать на Землю до шести человек. При этом управление осуществляют два члена экипажа: командир и бортинженер.

Полноразмерный макет «Клипера». Стрелкой показан посадочный люк для экипажа. Фото И.Маринина

Полноразмерный макет «Клипера». Внутренний объем кабины. Фото И.Маринина

Космонавты в кабине размещаются в креслах в два ряда. В первом ряду находятся командир и бортинженер, а во втором – остальные члены экипажа. Во время динамических операций (старт, стыковка, спуск и посадка) космонавты облачаются в скафандры. Предполагается использование модернизированных скафандров «Сокол-КВ-2», которые сейчас применяются космонавтами на кораблях «Союз ТМА».

Кресло является рабочим местом космонавта и обеспечивает переносимость нагрузок, действующих на него на всех этапах полета космического корабля. На «Клипере» предполагается использовать два положения кресел. В первом случае кресло располагается под углом 10° к вертикали по направлению полета. Это положение является оптимальным для перенесения длительно действующих перегрузок при выведении. Второе же предназначено для возвращения корабля с орбиты и посадки, при этом спинка кресла располагается под углом 75° к вертикали. Выбранные положения кресел экипажа обеспечивают физиологическую переносимость максимальных перегрузок на всех участках полета корабля.

Бортовой комплекс управления

Бортовой комплекс управления (БКУ) представляет собой централизованно-распределенную структуру с информационным и математическим обеспечением, включающую в себя: бортовые вычислительные средства (БВС); систему управления движением и навигации (СУДН); систему управления бортовой аппаратурой (СУБА); систему бортовых измерений (СБИ); средства отображения информации для экипажа (пульты).

БВС предназначены для выполнения следующих функций: вычисление и обработка алгоритмов СУДН, а также текущих навигационных параметров с корректировкой от датчиков СУДН; получение необходимой информации, обработка по заданным алгоритмам, выдача управляющих воздействий, хранение данных; обеспечение информационного обмена БВС с бортовыми системами; обработка телеметрио состоянии бортовых систем, формирование обобщенной информации о состоянии корабля и передача ее на средства отображения для экипажа и наземного комплекса управления (НКУ); поддержка обмена со станцией (в состыкованном соостоянии).

В состав БВС входят: цифровая вычислительная машина (ЦВМ); блоки устройств сопряжения, обеспечивающие обмен релейными и аналоговыми сигналами с приборами БКУ; блоки электрического сопряжения аппаратуры. Для ПКК «Клипер» предполагается создание новой ЦВМ на современной элементной базе.

СУДН призвана решать задачи управления движением «Клипера» на всех участках полета: от момента отделения корабля от РН до посадки его на Землю. СУДН включается для проведения динамических операций: маневры сближения, причаливания, увод от станции, реализация спускового импульса, управление на участке спуска и парашютирования.

СУБА обеспечивает управление бортовыми системами, агрегатами и элементами конструкции корабля.

СБИ осуществляет телеметрический контроль корабля на всех стадиях его наземной подготовки и полета, решая следующие задачи: сбор и обработку параметров; передачу телеметрической информации на НКУ (в том числе через спутниккретранслятор); выдачу информации в БВС корабля для диагностики и управления, а также для контроля и отображения информации экипажу.

Радиотехническая система управления и связи (РСУС)

Эта система ответственна за обмен командно-программной информацией между бортовыми абонентами и наземными вычислительными средствами; передачу телеметрической информации; радиосвязь экипажа с ЦУП.

Обмен и передача информации должны происходить как непосредственно на наземные пункты, так и через спутник-ретранслятор. Совместно с аппаратурой межбортовой связи орбитальной станции, при выполнении операций по сближению, стыковке и расстыковке, РСУС обеспечивает обмен цифровой информацией между БВС корабля и станции на дальностях от 30 км до стыковки аппаратов, а также радиообмен экипажей корабля и станции.

Модель крылатого варианта (1:5). Стрелкой показана телекамера контроля сближения и стыковки со станцией
В состав РСУС входит телевизионная система, которая позволяет контролировать процесс сближения и стыковки корабля со станцией (с использованием внешней телекамеры, установленной на АО).
Tags: Клипер, МКС, Новости космонавтики, РКК Энергия, Роскосмос, информация к размышлению, космос, найденное, переделка, чтобы не пропало
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 1 comment