С учетом особенностей работы КА и РБ в условиях невесомости в их конструкциях используются топливные баки шаровой формы с вытеснительными мембранами [6]. В космических аппаратах зарубежных Заказчиков пуска применяются гибкие мембраны. В составе РБ разработки ГП «КБ «Южное» применяются жесткие вытеснительные мембраны, которые перемещаются внутри бака только при вытеснении топлива в ДУ РБ в полете. Особенности конструкции РБ предопределяют необходимость глубокого дегазирования заправляемых КРТ до начала заправки. В процессе заправки обеспечиваются условия, исключающие наличие газов заправляемой полости бака и в компонентах топлива, заправляемых в бак. Для обеспечения данных условий технологическое оборудование ЗС, проектируемых для заправки РБ, обеспечивают глубокое вакуумирование заправляемой полости бака (подмембранное пространство) и надмембранного пространства (чтобы исключить деформирование мембраны при заправке) [7-10].
Наличие гибких мембран в баках КА позволяет заправлять баки КА без газовых объемов в баках, поэтому отсутствует необходимость дегазирования заправляемых КРТ. Однако и при заправке КА используется глубокое вакуумирование подмембранного пространства (чтобы исключить газовый объем под мембраной) и надмем- бранного пространства (чтобы обеспечить свободное перемещение мембраны в баке при заправке) [4].
Для заправки КА и РБ в качестве КРТ обычно применяются:
- окислитель - тетраксид диазота (АТ);
- горючее - несимметричный диметилгидразин (НДМГ), гидразин.
Компоненты ракетного топлива, используемые для РБ, являются постоянными для данной конструкции РН. В основном это пара АТ+НДМГ. Учитывая многообразие конструкций КА и задач, решаемых КА, компоненты ракетных топлив могут быть разными для различных КА. Для малых КА чаще используется монотопливо гидрозин. Для крупных (тяжелых) КА используется двухкомпонентное топливо АТ+НДМГ. Компоненты топлива предполагается поставлять на ЗС для каждого пуска РН, в том числе для каждого типа КА. Применение различных топлив для различных КА не исключает использование для их заправки одного и того же оборудования (отдельно окислители, отдельно горючее) после нейтрализации использованного оборудования. В качестве сжатых газов для КА и РБ используется одна и та же номенклатура сжатых газов: азот, воздух, гелий.
Указанные газы предусматриваются на заправочной станции для технологических нужд и заправки РБ и могут предоставляться для заправки КА.
Перечень стандартных операций технологии заправки РБ и КА представлены в табл. 1.
Для заправки РБ размещается в зале заправки ЗС с чистотой воздуха не хуже ISO 8 по международному стандарту ISO 14644-1.
Анализ табл. 1 показывает, что за исключением особенностей подготовки РБ (операция 1) все остальные операции по заправки РБ и КА совпадают.
Для заправки РБ на заправочной станции предусмотрено следующее технологическое оборудование [2, 5]:
- средства заправки РБ (ДУМТ);
- система сбора и нейтрализации паров и промстоков (ССНПП);
- система нейтрализации съемных элементов оборудования (СНСО), загрязненных КРТ.
На рис. 2 представлена блок-схема заправки РБ ракеты-носителя «Маяк» разработки ГП «КБ «Южное» [5]. Приведенные особенности средств заправки РБ характерны для заправки других РБ и ДУМТ.
На существующих станциях заправки средства заправки поставляются Заказчиками пуска.
На рис. 3 представлена блок-схема средств заправки КА согласно [11].
Перечень оборудования, приведенного на рис. 2, 3, их назначение и принадлежность приведены в табл. 2.
Таблица 2. Перечень оборудования, приведенного на рис. 2, 3, их назначение и принадлежность
|
Перечень оборудования ЗС |
Назначение оборудования |
Наличие на ЗС и принадлежность |
||
|
ЗС РБ |
ЗС КА |
|||
|
1. Транспортно-заправочный контейнер (ТЗК) |
Доставка, хранение и выдача КРТ |
+* |
+** |
|
|
2. Щит заправки |
Управление потоками жидкости и газов согласно заданному алгоритму работ |
+* |
+** |
|
|
3. Весовой дозатор |
Дозирование заправляемого КРТ |
+* |
+** |
|
|
4. Вакуумный насос |
Вакуумирование полости бака |
+* |
+** |
|
|
5. Щиты газоснабжения |
Выдача газов на технологические нужды ЗС и наддув баков после заправки или зарядке газовых баллонов |
+* |
+** |
|
|
6. Наполнительные и дренажные соединения (могут входить в состав комплектующих элементов аппарата) |
Управление клапанами заправляемого аппарата |
+* |
+** |
|
|
7. Гибкие трубопроводы (металлору- кова) |
Сообщение между собой элементов средств заправки и связи со штуцерами заправляемого аппарата |
+* |
+** |
|
|
8. Система сбора и нейтрализации паров и промстоков (ССНПП) |
Прием промстоков, образовавшихся от смыва проливов КРТ, прием КРТ из заправочных магистралей средств заправки, создание вакуума в заправочных магистралях, нейтрализация паров КРТ |
+* |
+* |
|
|
9. Система нейтрализации съемных элементов оборудования (СНСО) |
Выработка дистиллированной воды нейтрализации, подача воды на нейтрализацию |
+* |
+* |
|
|
10. Заправочная емкость |
Дегазирование КРТ и выдача КРТ на заправку |
+* |
- |
|
|
11. Буферная емкость |
Дегазирование КРТ |
+* |
- |
Анализ заправочных станций РБ и КА показывает:
- для предоставления стандартных базовых услуг при заправке КА и РБ применяется одинаковое вспомогательное технологическое оборудование заправочных станций (ССНПП, СНСО), позволяющее унифицировать заправочные станции РБ для заправки КА по принципу частичной унификации;
- средства заправки РБ КРТ на станции заправки в комплексах разработки ГП «КБ «Южное» имеют оборудование, аналогичное оборудованию заправки КА, поставляемое Заказчиком, что позволяет унифицировать ЗС по принципу полной унификации. Таким образом, возникает реальная возможность
полной унификации заправочных станций РБ с использованием заправочных средств ЗС для заправки КА.
6. SWOT-анализ результатов исследований
Положительным аспектом полной унификации ЗС для заправки КА и РБ является экономический фактор, определяемый возможностью участвовать в тендере Заказчика с предоставлением более дешевых услуг по заправке КА.
Существующим отрицательным влиянием полной унификации заправочной станции с участием Поставщика пусковых услуг в тендере на заправку КА является необходимость изготовления средств заправки РБ в виде комплекта отдельных элементов, которые собираются в схему заправки только для проведения заправки аппаратов. Это необходимо по условиям тендера для размещения оборудования других участников тендера.
В дальнейшем результаты исследований могут быть использованы для разработки унифицированной для различных КА технологии нейтрализации после слива КРТ (при необходимости) с использованием штатного оборудования заправки РБ, избыточного по отношению к заправке КА (заправочная и буферная емкости, расширенные возможности щита заправки).
7. Выводы
1. Рассмотрен и проанализирован комплекс факторов, определяющих особенности заправки КРТ КА и разгонных блоков. К таким факторам относятся:
- особенности конструкции топливных систем КА и РБ;
- заправляемые компоненты ракетного топлива;
- технология заправки аппаратов;
- технологическое заправочное оборудование.
2. Выполнены исследования, которые подтвердили возможность унифицировать оборудование ЗС для заправки КА, РБ, ДУМТ, что дает возможность расширить услуги ЗС и предложить Заказчику пуска более дешевый вариант заправки КА без привлечения дополнительной организации-исполнителя. Реализация предлагаемой полной унификации ЗС позволит «замкнуть» в рамках одного проекта весь комплекс работ по подготовке к заправке КА, РБ, ДУМТ, исключив сторонних исполнителей работ по заправке КА.
Литература
1. Вольский, А. П. Космодром [Текст] / под общ. ред. А. П. Вольского. - М.: Военное издательство МО СССР, 1977. - 311 с.
2. Степанов, М. И. Методологические подходы и принципы обоснования конструктивных и методологических требований при проектировании комплексов заправки ракет и космических аппаратов [Текст] / М. И. Степанов // Космическая техника. Ракетное вооружение. - 2004. - Вып. 1. - С. 67-71.
3. Поздеев, Г. Л. Исследование существующих возможностей и путей совершенствования заправочно-нейтрализационных станций космодромов «Байконур» и «Плесецк» для обеспечения заправки компонентами топлива летательных аппаратов в интересах Украины. Тема «Байконур» [Текст]: научно-технический отчет / Г. Л. Поздеев. - Днепропетровск: ГП «КБ «Южное», 1994. - Кн. 1, Ч. 2. - 144 с.
4. Денисов, О. Е. Комплект оборудования для заправочной станции [Текст]: инженерная записка. 46-400-07 / О. Е. Денисов. - М.: ФГУП КБТХМ, 2007. - 72 с.
5. Белых, В. С. Экспериментальные исследования процессов непрерывной подготовки компонентов топлива на потоке [Текст] / В. С. Белых // Ракетно-космическая техника. Серия III. - 1988. - Вып. 3. - 31 с.
6. Козлов, А. А. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок [Текст] / А. А. Козлов. - М.: Машиностроение, 1988. - 352 с.
7. Дегтярев, А. В. Заправочно-нейтрализационная станция. Основные характеристики [Текст]: документ MSA YZH ANL054 02 /
A. В. Дегтярев. - Днепропетровск: ГП «КБ «Южное», 2015. - 130 с.
8. Поздеев, Г. Л. Описание процедуры заправки КА. Программа Днепр [Текст]: документ DNR YZH PRC 003 00 / Г. Л. Поз- деев, В. П. Фролов. - Днепропетровск: ГП «КБ «Южное», 2004. - 51 с.
9. Поздеев, Г. Л. Организация заправки АКБ «Кречет» компонентами топлива сжатым гелием на объекте «Ясное» [Текст]: технический отчет. Днепр-АКБ «Кречет». 21.15337.155 ОТ / Г. Л. Поздеев, В. П. Фролов. - Днепропетровск: ГП «КБ «Южное», 2006. - 74 с.
B. Белых, В. С. Разработка универсального способа и устройства дискретно-непрерывного весового дозирования для технологических систем заправки двигательных установок космических аппаратов [Текст]: дис. ... канд. техн. наук /С. Белых. - КБ Общего Машиностроения, 1988. - 200 с.
10. Егоров, Ю. В. Закономерности масообмена и расчета параметров при дегазировании компонентов топлива на потоке методом барботирования инертным газом [Текст] / Ю. В. Егоров // Ракетно-космическая техника. Серия III. - 1985. - Вып. 3. - 46 с.