Статья: Унификация оборудования заправочной станции для заправки космических аппаратов, разгонных блоков и двигательных установок малой тяги космических ракетных комплексов

УДК Б29.7.0Б5 DOI: 10.15587/2312-8372.2017.91689

Унификация оборудования заправочной станции для заправки космических аппаратов, разгонных блоков и двигательных установок малой тяги космических ракетных комплексов

Поздеев Г. Л.

Фролов В. П.

Исследована возможность унификации оборудования для заправки разгонного блока, космического аппарата, двигательной установки малой тяги в условиях одной заправочной станции. Исследования выполнены на основе анализа комплекса факторов, определяющих особенности заправки аппаратов различного назначения, участвующих совместно в запуске ракеты-носителя. Сделан вывод о принципиальной возможности использовать собственное технологическое оборудование станции заправки для заправки космических аппаратов без привлечения дополнительной организации-исполнителя. заправочный космический ракетный станция

Ключевые слова: заправочная станция, компонент топлива, космический аппарат, разгонный блок, унификация, топливный бак.

УНІФІКАЦІЯ ОбЛАДНАННЯ ЗАПРАВНОЇ СТАНЦІЇ ДЛЯ ЗАПРАВКИ КОСМІЧНИХ АПАРАТІВ, РОЗГІННИХ бЛОКІВ І ДВИГУННИХ УСТАНОВОК МАЛОЇ ТЯГИ КОСМІЧНИХ РАКЕТНИХ КОМПЛЕКСІВ

Досліджено можливість уніфікації обладнання для заправки розгінного блоку, космічного апарату, рухової установки малої тяги в умовах однієї заправної станції. Дослідження виконані на основі аналізу комплексу чинників, що визначають особливості заправки апаратів різного призначення, що беруть участь спільно в запуску ракети-носія. Зроблено висновок про принципову можливість використовувати власне технологічне обладнання станції заправки для заправки космічних апаратів без залучення додаткової організації-виконавця.

Ключові слова: заправна станція, компонент палива, космічний апарат, розгінний блок, уніфікація, паливний бак.

УДК 681.32:519.673 DOI: 10.15587/2312-8372.2017.91794

Грицюк Е. М. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА

ТЕМПЕРАТУРНЫХ И ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В ТЕЛАХ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЕ

Рассмотрены вопросы создания специализированных интеллектуальных систем, используемых при проектировании тел сложной формы. Предметной областью созданной системы является моделирование и анализ температурных и термомеханических полей в телах сложной геометрической формы. Для решения краевых задач теплопроводности и термоупругости используется аппарат теории R-функций. Рассмотрены некоторые характеристики базы знаний системы, а также метод представления знаний.

Ключевые слова: проектирование, моделирование, краевые задачи, интеллектуальная система.

При проектировании конструкций, работающих в условиях высокого теплового нагружения, возникают задачи моделирования температурных и термомеханических полей. Компьютерное моделирование процессов теплопроводности и термоупругости является важной задачей, решаемой при проектировании изделий в машиностроительной, энергетической, атомной промышленности, в технологических процессах химической, строительной, текстильной и других отраслях промышленности. При решении этих задач возникает необходимость в проведении расчетов температурных и термомеханических полей с учетом самых различных факторов физического и геометрического характера. Значительного повышения эффективности можно

Целью любого пуска ракеты-носителя является выведение на заданную орбиту космических аппаратов (КА), во многих случаях снабженных собственными жидкостными двигательными установками (ДУ). Для заправки топливных систем ДУ КА компонентами ракетных топлив (КРТ) и сжатыми газами в составе космических ракетных комплексов используются заправочные станции (ЗС), которые представляют собой сложные технические объекты, включающие в себя здания, сооружения с техническими системами и технологическое оборудование [1, 2]. Кроме космических аппаратов на заправочных станциях заправляются отдельные элементы ракеты-носителя, работающие, также как КА, в условиях космоса, имеющие собственные ДУ и требующие специальной подготовки КРТ к заправке (дегазирование КРТ, высокая точность дозирования КРТ и др.). Это, прежде всего, разгонные блоки (РБ), входящие в состав космической головной части, третьи ступени ракет-носителей, двигательные установки малой тяги (ДУМТ) [3].

В силу высокой технической насыщенности заправочных станций сложными технологическими системами, обеспечивающими процессы заправки аппаратов, безопасность персонала ЗС и экологическую безопасность, заправочные станции являются одними из самых дорогостоящих объектов космических ракетных комплексов (КРК). Поэтому при проектировании КРК вопросам снижения стоимости ЗС придается первостепенное значение.

В связи с этим актуальными являются исследования, посвященные унификации отдельных элементов оборудования ЗС для заправки летательных аппаратов различного назначения. Данная работа является исследованием одного из направлений унификации оборудования ЗС в части обеспечения заправки КА, РБ, ДУМТ.

Поскольку унификация оборудования заправки РБ и ДУМТ полностью определяется одинаковыми конструктивными особенностями аппаратов и технологией их заправки КРТ, дальнейшие исследования проводятся относительно особенностей заправки КА и РБ.

Согласно сложившейся мировой практике работы по заправке КА компонентами топлива и сжатыми газами на ЗС осуществляются компанией, привлекаемой Заказчиками пусковых услуг на основе тендера. По условиям тендера компания поставляет на ЗС заправочное оборудование (ЗО), компоненты топлива и сжатые газы, разрабатывает технологию заправки и предоставляет специалистов, осуществляющих заправку КА. Поставщик пусковых услуг, которому принадлежит ЗС, предоставляет следующие стандартные услуги, обеспечивающие работы по заправке КА [4]:

- обеспечивается требуемая чистота воздуха в помещении, в котором размещается КА при заправке (не хуже ISO 8 по международному стандарту ISO 14644-1);

- обеспечивается подача технологической воды в зал заправки КА и в помещения ЗО для смыва проливов КРТ;

- производится отвод промстоков из зала заправки КА и помещений ЗО, сбор, накопление промстоков и выдача их на утилизацию;

- отводятся и утилизируются пары КРТ, генерируемое при проведении заправочных операций;

- производится, накапливается и подается на нейтрализацию съемных элементов ЗО и КА дистиллированная вода;

- обеспечивается удобство и безопасность работ согласно требований Заказчика.

Следовательно, для унификации оборудования ЗС для заправки КА и РБ должны обязательно выполняться перечисленные базовые требования к заправке КА.

1. Объект исследования и его технологический аудит

Объектом исследования являются заправочные станции, проектируемые для заправки РБ, ДУМТ, КА компонентами ракетных топлив. В состав заправочных станций входят здания, сооружения с техническими системами и технологическое оборудование [5]. Схема станции показана на рис. 1.

Разгонные блоки, космические аппараты проходят соответствующие проверки в помещениях и на оборудовании МИК КГЧ и затем доставляются через герметичные ворота в зал заправки, помещения которого отвечают требованиям чистоты воздуха, предъявляемые для заправки КА (не хуже ISO 8 по международному стандарту ISO 14644-1). В помещениях технологического вспомогательного оборудования размещаются системы сбора и нейтрализации паров и промстоков и система нейтрализации съемных элементов оборудования ЗС, РБ, КА, загрязненных КРТ. В помещениях средств заправки размещаются технологическое оборудование средств заправки РБ, которое является принадлежностью ЗС, и заправочное оборудование КА, которое доставляется на ЗС представителями Заказчика. Понятно, что размещение в одном помещении двух комплектов оборудования представляется проблематичным и потребует либо увеличения габаритов станции, либо более плотного размещения элементов оборудования, затрудняющее их облуживание.

Поэтому исследования данной работы направлены на подтверждение возможности унификации оборудования заправочных станций для заправки РБ и КА.

2. Цель и задачи исследования

Целью исследования являются сбор и систематизация признаков, подтверждающих идентичность требований, предъявляемых для заправки РБ и КА.

Для достижения поставленной цели необходимо:

1. Рассмотреть и проанализировать комплекс факторов, определяющих особенности заправки КРТ КА и разгонных блоков;

2. Выполнить сравнительный анализ технологии заправки аппаратов и элементов технологического оборудования, занятых в заправке КА и РБ.

3. Исследование существующих решений проблемы

В работах [1-3] рассмотрены основные особенности заправочных станций, в том числе технологического оборудования ЗС, дающего представления о заправке космических аппаратов, разгонных блоков двигательных установок малой тяги. В частности, работа [2] посвящена вопросам проектирования универсальных заправочных станций, а в работе [3] представлены особенности космических аппаратов и разгонных блоков, заправляемых на этих станциях. Данные работ [2, 3, 6] позволили сформулировать комплекс факторов, определяющих особенности заправки КА и РБ компонентами ракетных топлив. В работах [4, 7] подробно представлены факторы, характеризующие технологию и заправочное оборудование для КА и РБ. В работе [2] исследуется опыт создания заправочных станций в СССР и России. В частности, описаны существующие заправочные станции космодромов Байконур и Плесецк, которые успешно использовались и используются для заправки большого количества разгонных блоков и космических аппаратов. В работе подробно рассмотрены близкие к тематике статьи вопросы структурно-функционального анализа комплексов, агрегатов и систем заправки. В работах [2, 8-10] существующие и вновь создаваемые перспективные заправочные станции рассматриваются как многофункциональные объекты, оборудование которых призвано обеспечить заправку разнообразных конструкций разгонных блоков и третьих ступеней ракет-носителей. Для заправки космических аппаратов на таких заправочных станциях предоставляется полный комплекс услуг, названных ранее в данной работе. При этом технологическое оборудование ЗС обеспечивает предоставление услуг, как для КА, так и для других заправляемых аппаратов, что подтверждает реализуемый на практике принцип частичной унификации ЗС и необходимость исследований условий полной унификации ЗС. Предполагается, что оборудование для заправки космических аппаратов и технологии их заправки обеспечиваются Заказчиком пуска, т. е. на существующих заправочных станциях обеспечивается принцип частичной унификации.

Особенности станции, решающей только задачи заправки КА, показаны в [11]. В работах [5, 7] представлены особенности станции, иллюстрирующей возможности полной унификации ЗС для заправки КА и РБ.

4. Методы исследований

Для исследования были использованы данные публикаций [1-11], посвященные особенностям заправочных станций и конструкций заправляемых аппаратов. При исследовании были использованы методы анализа определяющих факторов.

5. Результаты исследований

Вводятся понятия частичной и полной унификации заправочной станции.

Таблица 1. Перечень стандартных операций технологии заправки РБ и КА

Частичная унификация подразумевает идентичность состава технологического вспомогательного оборудования, обеспечивающего условия заправки РБ и КА.

Полная унификация подразумевает идентичность, как вспомогательного технологического оборудования, так и средств заправки КА и РБ и технологии заправки аппаратов.