omega_giperon (omega_hyperon) wrote,
omega_giperon
omega_hyperon

Categories:

Проект "Клипер" - часть 2 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. Продолжение:

Система электроснабжения

Система электроснабжения (СЭС) обеспечивает электроэнергией на постоянном токе бортовую аппаратуру и агрегаты корабля. Первоначально на «Клипере» предполагалось использовать СЭС с солнечными батареями (СБ), заимствованными с корабля «Союз ТМА». СБ предполагалось устанавливать на АО; во время выведения они должны были находиться в сложенном состоянии и закрываться сбрасываемым кожухом.

Впоследствии в целях экономии массы от СЭС с солнечными батареями решено было отказаться. В настоящее время предусматривается установка в носовой части ВА электрохимического генератора (ЭХГ), в котором электрический ток генерируется при управляемом соединении кислорода и воодорода, а образующаяся вода может использоваться в технических целях. Запас водорода для ЭХГ составляет ~7 кг, а кислород используется из системы хранения компонентов топлива для ОДУ.

ЭХГ разрабатывается в РКК «Энергия» на базе генератора, созданного для корабля «Буран». ЭХГ массой ~200 кг имеет три батареи топливных элементов, тем самым обеспечивается трехкратное резервирование. Мощность одной батареи (канала) – 2.5 кВт; напряжение бортовой электросети – 27 В.

Средства жизнеобеспечения

СЖО обеспечивают экипаж кислородом для дыхания, питьевой водой, пищей, медико-гигиеническими принадлежностями для удаления из гермоотсека углекислого газа, вредных примесей, сбора жидких и твердых отходов человека и бытовых отходов, а также должны защитить экипаж в случае разгерметизации или приземления в нерасчетной точке.

Кроме перечисленных задач, СЖО поддерживают заданное парциальное давление водяных паров (влажности), а также выполняют функции контроля давления в герметичных отсеках, выравнивания его между отсеками, сброса давления из гермоотсеков перед расстыковкой. В нештатной ситуации – при разгерметизации ВА – СЖО должны обеспечивать тепло-влажностный режим и необходимый состав газовой среды для экипажа, находящегося в скафандрах (шесть человек) в течение трех часов.

В состав СЖО входят: средства подачи газовой смеси (СПГС); средства обеспечения газового состава (СОГС); средства водообеспечения (СВО); средства обеспечения питанием (СОП); санитарно-гигиеническое оборудование; комплект индивидуального защитного снаряжения; средства медицинского обеспечения.

Многие агрегаты и устройства СЖО для «Клипера» заимствуются с корабля «Союз ТМА» и российского сегмента (РС) МКС. В частности, в СОГС предлагается использовать систему «Воздух», которая сейчас эксплуатируется на РС МКС. Система «Воздух» основана на использовании регенерируемых поглотителей углекислого газа и паров воды.

СЖО корабля предусмотрены для шести членов экипажа во время выполнения транспортных операций к орбитальной станции в течение 5 суток, для целевых автономных полетов – в течение 15 суток.

Система обеспечения теплового режима (СОТР)

Данная система поддерживает тепловой режим корабля при его подготовке на техническом и стартовом комплексах совместно с наземными средствами, на участках орбитального полета, спуска и посадки. Температурные требования такие же, как для «Союза ТМА».

Собранное тепло из гермоотсеков транспортируется к наружному радиатору на АО площадью 12–15 м2, который осуществляет сброс тепла излучением в окружающее космическое пространство. Хладопроизводительность СОТР должна составлять до 2 кВт. Надежность СОТР корабля обеспечивается дублированием гидравлических контуров и основных агрегатов.

Заданный ресурс СОТР ВА (до 10 лет) поддерживается путем плановой замены оборудования, дублированием гидравлических контуров, а также проведением профилактических работ, направленных на увеличение ресурса системы. Ресурс СОТР АО (до одного года) обеспечивается дублированием гидравлических контуров и электронасосных агрегатов.

Система стыковки

На ПКК «Клипер» предлагается использовать модернизированную радиотехническую систему стыковки «КурссН» российского производства с использованием современной элементной базы (на кораблях «Союз ТМ» применялась система «Курс», которая изготавливается на предприятиях Украины).

На БО корабля устанавливается стыковочный агрегат активного типа (такой же, как на «Союзе ТМА»), который обеспечивает жесткий и герметичный стык между кораблем и станцией, стыковку электроразъемов, а также расстыковку корабля и станции после окончания совместного полета.

Объединенная двигательная установка

Задачами объединенной двигательной установки на участке орбитального полета «Клипера» являются: сближение и причаливание корабля к станции при возможном одном отказе любого двигателя; построение ориентации корабля и выдача заданного тормозного импульса при возможных двух отказах любых двигателей.

На участке спуска (после отделения АО) двигатели ОДУ, расположенные на ВА, используются совместно с аэродинамическими органами управления в системе управления спуском (СУС).

На «Клипере» ОДУ включает 32 ЖРД двух типов. В качестве маршевых двигателей предлагается использовать 8 ЖРД тягой по 50 кгс; в качестве двигателей причаливания и ориентации (ДПО) – 24 ЖРД тягой по 24 кгс.

Оба типа двигателей разрабатываются в РКК «Энергия». Двигатели работают на экологически чистых компонентах топлива: горючее – спирт этиловый 96%, окислитель – кислород. В 2004 г. были проведены первые огневые испытания данных двигателей. К концу 2005 г. планируется провести их отработочные испытания.

На ВА располагаются 16 ДПО. В носовой части 12 двигателей (по шесть с двух сторон) и в кормовой части ВА – 4 ДПО (по два с двух сторон).

Модель агрегатного отсека «крылатого» варианта: вид на топливные баки внутри АО. Фото И. Маринина
На АО размещаются 16 двигателей (8 маршевых и 8 ДПО), объединенных в четыре двигательных блока. Каждый блок включает в себя два маршевых двигателя и два ДПО. 8 ДПО на АО образуют хвостовой пояс (ДПООХ) ОДУ корабля.
.
Модель ВА по схеме «несущий корпус» (1:5).  ДПО на ВА расположены в принятой сейчас конфигурации.Фото И.Маринина
Система хранения и подачи компонентов топлива для ОДУ, располагающаяся в АО и ВА, содержит ~1350 кг кислорода и ~750 кг спирта.

Комплекс средств приземления и посадки (КСПП)

Этот комплекс представляет собой функциональное объединение ряда систем, узлов, агрегатов и элементов конструкции ВА, обеспечивающих при совместной работе безопасную для экипажа посадку ВА при его спуске с орбиты или в случае аварии на участке выведения корабля. Отличительным требованием к КСПП являются условия для возможности повторных применений конструкции и оборудования ВА при штатном функционировании систем КСПП.

Указанные требования и особенности предопределяют производство посадки ВА (по схеме «несущий корпус») с применении ем следующих основных подсистем КСПП:
➊ парашютной системы для гашения вертикальной скорости снижения ВА до значений, приемлемых для конструктивной реализации амортизационного посадочного устройства;
➋ посадочного устройства (ПУ) для гашения вертикальной и горизонтальной составляющих скорости парашютирования в процессе посадки до останова, с соблюдением заданного уровня нагрузок (перегрузок) на конструкцию и экипаж, обеспечением движения ВА по грунту без переворотов и без контактов конструкции корпуса ВА с грунтом;
➌ кресел экипажа для его размещения и фиксации на всех участках полета, включая посадку, в оптимальных положениях по отношению к внешним нагрузкам и амортизацию ударного воздействия на экипаж до безопасных пределов при расчетных нештатных ситуациях.

В крылатом варианте наличие аэродинамических органов управления и колесного шасси позволяет выполнять посадку ВА на аэродром (подобно кораблю «Буран»).

Парашютная система

Для использования в составе корабля «Клипер» (по схеме «несущий корпус») рассматривались четыре различных варианта построения парашютной системы: с двумя парашютными системами (основная и запасная), с «классическими» парашютами круглой формы и с парашютами с аэродинамическим качеством.

В результате проведенного анализа для «Клипера» была выбрана парашютная система, включающая в себя: один блок вытяжных парашютов, один тормозной парашют и трехкупольный блок основных парашютов (парашюты без аэродинамического качества). При работе такой системы допускается отказ двух основных парашютов.

Модель «крылатого» варианта корабля «Клипер». Фото И.Маринина
В крылатом варианте ВА парашютная система не используется.

Посадочное устройство

Посадочное устройство (ПУ) ПКК «Клипер» (по схеме «несущий корпус») должно обеспечивать выполнение следующих основных требований: гашение вертикальной и горизонтальной составляющих скорости ВА; устойчивость (гарантированное отсутствие переворотов) и целостность корпуса ВА. Применение парашютной системы обуславливает вертикальный тип посадки ВА.

Схема предпосадочных операций и посадки ВА. Рисунок РКК "Энергия"

Рассматривались и анализировались четыре варианта ПУ:
➀ устройство типа «шасси», представляющее собой трехстоечные амортизированные опоры в виде «лыж»;
➁ посадка на отводимую амортизированную часть сферического днища ВА с применением стабилизирующих ЖРД;
➂ ПУ «воздушная подушка»;
➃ парашютно-реактивная система с применением «воздушного» амортизатора.

Проведенный анализ показал целесообразность использования на корабле четвертого варианта ПУ. Парашютно-реактивная система с «воздушным» амортизатором включает в себя следующие устройства:
◆ вертикальную твердотопливную двигательную установку (ВТДУ); 13 шт. в средней нижней части ВА;
◆ горизонтальную твердотопливную двигательную установку (ГТДУ); 10 шт. в кормовой части ВА;
◆ гамма-лучевой высотомер (ГЛВ), по команде которого на заданной высоте осуществляется запуск ВТДУ и ГТДУ;
◆ два надувных воздушных амортизатора, расположенных слева и справа относительно продольной оси ВА;
◆ две стояночные опоры, вложенные в воздушные амортизаторы;
◆ систему наддува стояночной опоры и формообразующие камеры амортизаторов от баллонов сжатого газа.

Циклограмма работы ПУ выглядит следующим образом. После отстрела люка (или раскрытия створок люка) ПУ производится наполнение воздушных амортизаторов. На высоте от 300 до 500 м начинается ориентирование ВА кормой по направлению ветрового сноса. На высоте 2–1.5 м по команде ГЛВ вводятся в работу ВТДУ и ГТДУ, которые уменьшают вертикальную и горизонтальную составляющие скорости ВА до величин, при которых возмущающие моменты уже не могут привести к переворотам ВА при работе воздушных амортизаторов. Остаточная скорость ВА после отрабатывания ВТДУ и ГТДУ парируется воздушными амортизаторами. Во время обжатия амортизаторов при достижении порогового значения давления сжатого воздуха внутри амортизаторов осуществляется автоматический отстрел парашютной системы.

Гашение вертикальной и горизонтальной скорости «в полете» практически исключает тормозной путь ВА, что является несомненным достоинством данной посадочной системы. Заимствование многих решений с корабля «Союз ТМА» существенно упрощает разработку и отработку ПУ. Достоинством такой посадочной системы является также простота конструкции и надежность функционирования.

В крылатом варианте ПУ представляет собой колесное шасси.

Теплозащитное покрытие

Выбор возможных материалов для использования в конструкции тепловой защиты корпуса ВА основывается на опыте применения теплозащитных покрытий (ТЗП) на орбитальном корабле «Буран» и кораблях «Союз». Для носового кока (максимальная температура превышает 1900°С) в качестве ТЗП выбран материал одноразового использования, который применяется для изготовления лобового щита «Союзов» и не требует специальной подготовки производства.

Для тепловой защиты остальной поверхности корпуса ВА (до 1200°С) используется многоразовое покрытие. Этот материал обладает минимальным удельным весом, хорошо отработан для данных тепловых потоков и прошел натурные испытания в составе орбитального корабля «Буран». ТЗП выполнена в виде панелей размером ~600х600 мм. Панельная сборка позволяет выполнять замену поврежденных поверхностей ТЗП.

Система аварийного спасения

Система аварийного спасения (САС) призвана обеспечить безопасность экипажа корабля в случае аварии ракетно-космического комплекса на старте и на участке выведения на орбиту.

Для «Клипера» первоначально предполагалось использовать такую же схему САС, как на «Союзе ТМА». САС должна была располагаться сверху на носовой части корабля. При этом три силовые втулки для крепления двигательной установки (ДУ) САС к носовому шпангоуту ВА должны были проходить сквозь носовой кок корабля! Во время входа ВА в атмосферу силовые втулки должны были сгорать.

Анализ возможности использования ДУ САС корабля «Союз ТМА» показал, что при аварии на старте ее энергетические характеристики не обеспечивают увод отделяемого головного блока (ОГБ) корабля «Клипер» на необходимую высоту для нормальной работы парашютной системы, так как масса ОГБ корабля «Клипер» значительно больше максимально возможной массы ОГБ «Союза ТМА» (примерно 8600 кг). В связи с этим для «Клипера» требовалось создать новую, более мощную ДУ САС. Наличие сгораемых втулок в носовом коке корабля (это самый теплонапряженный участок) также вносило определенные проблемы и требовало дополнии тельных проработок и исследований.

В итоге схему и устройство САС было решено кардинально изменить. Теперь ДУ САС для «Клипера» представляет собой 8 РДТТ, установленных на коническом переходном отсеке между кораблем и РН. Масса переходного отсека с 8 РДТТ составляет ~ 4 т. Изменение схемы САС привело к тому, что ДУ САС выполняет две функции:

➊ Аварийное спасение экипажа. САС взводится до старта после посадки экипажа и отведения башни обслуживания и отключается по окончании полета РН. В случае аварии РДТТ включаются все сразу и обеспечивают увод ОГБ корабля от РН на безопасное расстояние. Максимальная перегрузка во время работы САС составляет до 8 g.

➋ Довыведение корабля на орбиту. В случае если САС не потребовалась, то после завершения работы второй ступени РН «Зенит-2SLБ» включаются РДТТ (по 4 шт.), которые суммарно обеспечивают выведение корабля на заданную орбиту. По завершении работы РДТТ происходит отделение переходного отсека.

Ракета-носитель

Первоначально РКК «Энергия» предлагала для выведения «Клипера» использовать ракету-носитель «Онега».

Разработка проекта РН «Онега» была начата в «Энергии» с целью создания ракетыыносителя среднего класса нового поколения для выведения КА массой до 15 т на низкие орбиты ИСЗ и массой до 2.3 т на геостационарную орбиту с космодрома Плесецк.

Для выведения корабля рассматривалась возможность проведения пусков РН «Онега» с космодромов Плесецк (с наклонениями 62.8° и 64.8°) и Байконур (с наклонениями 51.6° и 64.8°).

В 2004 г. проект ракетно-космического комплекса «Клипер-Онега» был рассмотрен в Федеральном космическом агентстве. При этом было рекомендовано дополнительно рассмотреть возможность использования РН «Зенитт2SLБ», которая является модификацией применяющейся в настоящее время РН «Зенитт3SL» по программе «Морской старт».

Принятие решения о возможности использования РН «Зенитт2SLБ» привело к тому, что стартовая масса «Клипера» может быть уменьшена с 14.5 т (выведение на РН «Онега») до 13 т (РН «Зенитт2SLБ»).

Анализ траекторий спуска с орбиты и районов посадки

Расчетно-баллистический анализ траекторий спуска проводился для предспусковых орбит высотой от 200 до 500 км и наклонением 51.6° и 64.8°. Результаты расчета показывают, что реализуемый посредством управления углом крена номинальный максимальный боковой маневр составляет до±500 км, перегрузка составляет ~2.5 g (при парировании нештатных ситуаций перегрузка может достигать 5 g).

Посадка ВА при спуске с орбиты должна производиться на заранее выбранные неотчуждаемые районы на суше. Радиус площадок при управляемом спуске, определяемый рассеиванием точек посадки относительно центра в пределах 3σ, оценивается:
➧ 10 км при спуске с учетом прогноза ветрового сноса на парашюте;
➧ 13–15 км при спуске без учета прогноза ветрового сноса на парашюте.

Указанные размеры площадок обусловлены возможностью осуществления бокового маневра и применением современной системы управления, обеспечивающей среднеквадратичное отклонение от расчетной точки ввода парашютной системы ≤3 км (вместо ~10 км на корабле «Союз ТМ» и ~7.5 км на корабле «Союз ТМА»). В связи с вышеизложенным посадка «Клипера» предполагается на территорию России.

Реализация и финансирование проекта


Возможная конфигурация РС МКС в 2011 г

В настоящее время научноисследовательские работы по проекту «Клипер» ведутся за счет собственных финансовых средств РКК «Энергия».

В марте 2004 г. было начато изготовление полноразмерного макета ПКК «Клипер». Он предназначается для демонстрации в качестве выставочного образца, а также для конструкторско-технологического макетирования. 30 ноября 2004 г. макет впервые был представлен российским и иностранным журналистам.

В 2005 г. были изготовлены две модели «Клипера» (в масштабе 1:5): с фюзеляжем типа «несущий корпус» и в «крылатом» варианте, а также модель модуля кабины в масштабе 1:10. Данные модели демонстрировались на выставке ЕХРО-2005 в Японии и на авиакосмическом салоне в Ле Бурже в июне этого года.

Проект ПКК «Клипер» поддержан руководством Роскосмоса и включен в проект Федеральной космической программы России (ФКП) на 2006–2015 гг. Роскосмос и РКК «Энергия» заинтересованы в международном сотрудничестве при реализации проекта. На эту тему уже проводятся переговоры с ЕКА и Японией. Проектом заинтересовались и некоторые американские частные фирмы.

После окончательного утверждения ФКП на 2006–2015 гг., которое ожидается в ближайшее время, предполагается приступить к этапу эскизного проектирования корабля с финансированием из государственного бюджета. На конструирование пилотируемого космического корабля «Клипер», полномасштабные наземные испытания различных макетов корабля и его бортовых систем, а также изготовление первого летного корабля и его запуск по предварительной оценке потребуется примерно 10 млрд рублей (360 млн $) в ценах 2004 г.

На разработку и создание корабля потребуется примерно 5 лет. Предлагается изготовить четыре летных корабля. Программой летно-конструкторских испытаний первые два запуска планируется выполнить в беспилотном режиме. При наличии требуемого финансирования первый старт «Клипера» может состояться в 2011 г.
Tags: Клипер, МКС, Новости космонавтики, РКК Энергия, Роскосмос, космос, найденное, нформация к размышлению, 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 

  • 3 comments