CC BY
237Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты
УДК 629.764.7
ОБЗОР РАЗГОННЫХ БЛОКОВ, СОВМЕСТИМЫХ С СЕМЕЙСТВОМ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ «АНГАРА»
В. С. Богданова, Д. А. Замятин, С. В. Степанова, В. В. Кольга
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: zamyatin.denis2011@yandex.ru
Рассмотрены краткое описание и технические характеристики современных российских разгонных блоков, совместимых с семейством ракет-носителей «Ангара».
Ключевые слова: ракета-носитель, разгонный блок, технические характеристики, орбита, жидкостный ракетный двигатель.
OVERVIEW OF THE UPPER STAGES COMPATIBLE WITH "ANGARA" CARRIER
ROCKET FAMILY
V. S. Bogdanova, D. A. Zamyatin, S. V. Stepanova, V. V. Kolga
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: zamyatin.denis2011@yandex.ru
This article presents a short description and technical characteristics of modern Russian upper stages compatible with carrier rocket family "Angara".
Keywords: carrier rocket, upper stage, technical characteristics, orbit, liquid-propellant rocket engine.
При реализации проекта орбитальной компьютерной сети одной из ключевых задач является предварительный выбор ракеты-носителя, удовлетворяющей требованиям к выводу на целевую орбиту тяжёлого космического аппарата, представляющего собой спутник связи с небольшим центром хранения и обработки данных (ЦОД) на борту. В ходе обзора актуальных российских ракет-носителей для данной задачи были выбраны ракеты «Ангара-А5» и «Ангара-А7», а также выявлена необходимость использования разгонных блоков (РБ). В работе проведен анализ возможностей разгонных блоков для доставки на орбиту модулей орбитальной компьютерной сети и их совместимость с данными ракетами-носителями (см. таблицу) [1].
В основу семейства носителей «Ангара» положен универсальный ракетный модуль (УРМ). В его состав входит блок баков окислителя, горючего и двигатель РД-191. Модуль выполнен по схеме «моноблок» с несущими баками.
Однокамерный двигатель РД-191, создаваемый в НПО «Энергомаш», работает на компонентах керосин/жидкий кислород. Этот двигатель является вариантом четырехкамерных двигателей РД-170 и РД-171, устанавливавшихся на первых ступенях РН «Энергия» и РН «Зенит-2» соответственно, и двухкамерного двигателя РД-180, созданного для РН «Атлас». Его тяга у земли 1923 кН, в пустоте - 2086 кН, удельный импульс тяги на Земле - 3048 Н*с/кг, в пустоте -3306 Н*с/кг. Для обеспечения управления ракетой-носителем в полете двигатель закрепляется в карданном подвесе [2].
Масса заправки одного универсального ракетного модуля до 127 т, сухая масса - 8,0 т. Длина УРМ составляет 23 м, диаметр - 2,9 м. В зависимости от конкретных задач на носителях «Ангара» среднего и тяжелого классов предусмотрено использование дополнительных ступеней:
- разгонного блока от РН Протон-М - Бриз-М;
- кислородно-водородного разгонного блока КВРБ;
- универсальный кислородно-водородный блок УКВБ;
- кислородно-водородного разгонного блока тяжёлого класса КВТК.
«Бриз-М». Разгонный блок, состоящий из центрального блока на базе РБ «Бриз-КМ» и окружающего его сбрасываемого дополнительного топливного бака тороидальной формы. Использует топливную пару «несимметричный диметилгидразин (НДМГ) и азотный тетраоксид» (АТ). Имеет начальную массу 22500 кг и допускает до восьми включений маршевого двигателя. Максимальное время автономного полета составляет более 24 часов. Двигательные установки РБ Бриз-М: ЖРД 14Д30 (1 шт.), 2,0 тс (маршевый); ЖРД 11Д458 (4 шт.) по 40 кгс (двигатели коррекции); 17Д58Э (12 шт.) по 1,36 кгс (двигатели ориентации и стабилизации).
«КВРБ». Представляет собой одноступенчатый ускоритель стартовой массой 22000 кг, предназначенный для запусков различных космических аппаратов. Конструкция «КВРБ» позволяет выполнять многочасовой полет в условиях космического пространства и осуществлять многократное включение маршевого двигателя в процессе полета.
Решетневскуе чтения. 2017
Сравнение характеристик рассматриваемых разгонных блоков
Разгонный блок Бриз-М КВРБ УКВБ КВТК
Стартовая масса, кг 22500 22000 51500 24000 - 32000
Масса ПН (для ГПО), кг 5400 13300 12000 7500 - 12500
Масса ПН (для ГСО), кг 2800 8000 10000 4600 - 7600
Топливная пара НДМГ + АТ H2 + O2 H2 + O2 H2 + O2
Совместимые РН Протон-М Ангара-А5 Протон-М Ангара-А5 Ангара-А7 Протон-М Ангара-А5 Ангара-А7 Ангара-А5 Ангара-А7
На блоке «КВРБ» установлен двигатель КВД1МЗ тягой в пустоте 103 кН и удельным импульсом тяги в пустоте 4611 Н*с/кг.
«УКВБ». Представляет собой ступень ракеты-носителя, оснащенную четырьмя двигателями типа КВД1МЗ, но с однократным запуском в полете. Длительность функционирования УКВБ в самостоятельном полете составляет приблизительно 12 мин. УКВБ, как и КВРБ, спроектированы таким образом, чтобы с минимальными доработками могли быть использованы как в составе носителя «Протон-М», так и в «Ангаре» сверхтяжелого класса. Стартовая масса РБ УКВБ составляет до 51500 кг [3].
«КВТК». Конструктивно КВТК включает несущий бак горючего (жидкого водорода), подвесной бак окислителя (жидкого кислорода), межбаковый и приборный отсеки изогридной конструкции, изготовленные из углепластика.
Разгонный блок КВТК устанавливается на ракете-носителе посредством нижней проставки, которая остается на РН при его отделении. Баки разгонного блока покрыты теплоизоляцией на основе пенопласта «изолан» и многослойной экранно-вакуумной изоляцией, что позволяет выполнять длительный (до девяти часов) полет в условиях космического пространства и осуществлять многократное (до пяти раз) включение маршевого двигателя. В качестве маршевого двигателя на РБ КВТК применен ЖРД РД0146Д с тягой 7,5 т и удельным импульсом тяги 470 с, превосходящий по своим параметрам мировой уровень.
Проектно-конструкторский задел и производственная кооперация, сложившаяся в процессе создания РБ КВТК, позволяет разработать на его основе систему криогенных РБ, имеющих высокую степень унификации конструкции, двигательной установки и бортового оборудования, за счет чего обеспечивается снижение технических рисков, сроков и стоимости, разработки российских средств выведения, используемых для запуска полезной нагрузки на высокоэнергетические орбиты и поддержание их транспортной эффективности в долгосрочной перспективе [4].
Таким образом, наиболее привлекательным вариантом выглядят разгонные блоки КВТК и КВРБ, так как они имеют наилучшее соотношение стартовой массы и массы полезной нагрузки среди совместимых как с РН «Ангара-А5» тяжёлого класса, так и «Анга-ра-А7» сверхтяжёлого класса, что позволяет беспрепятственно выводить на целевые орбиты тяжёлые космические аппараты, необходимые для выполнения задач проекта орбитальной компьютерной сети [5].
Библиографические ссылки
1. Степанова С. В., Замятин Д. А. Анализ потенциала ракет-носителей при выводе их на орбиту // Политехнический молодежный журнал. М. : МГТУ им. Н. Э. Баумана 2017 [Электронный ресурс]. URL: http://ptsj.ru/catalog/arse/adbmc/121.html (дата обращения: 01.09.2017).
2. Ракета-носитель «Ангара» Описание: russ_kosmos [Электронный ресурс]. URL: http://russ-kosmos. livejournal.com/728.html/ (дата обращения: 01.09.2017).
3. Ракета-носитель АНГАРА [Электронный ресурс] URL: http://militaryarticle.ru/raketnoe-i-bombovoe-vooruzhenie/20432-raketa-nositel-angara / (дата обращения: 01.09.2017).
4. ГКНПЦ имени М. В. Хруничева | «КВТК» [Электронный ресурс]. URL: http://www.khrunichev.ru/ main.php?id=52 (дата обращения: 01.09.2017).
5. Степанова С. В., Замятин Д. А., Кольга В. В. Анализ ракет-носителей для доставки на орбиту тяжёлых космических платформ информационного обеспечения // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы III Междунар. науч. конф. (10-14 апреля 2017, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2017.
References
1. Stepanova S. V., Zamyatin. D. A. Analysis of the potential of carrier rockets in the shipping of their orbit // Polytechnic youth magazine. M. : MGTU n. a. N. E. Bauman 2017/ Available at: http://ptsj.ru/catalog/arse/adbmc/ 121.html/ (accessed: 01.09.2017). (In Russ.)
2. Raketa-nositel' "Angara" Opisanie: russ_kosmos/ Available at: http://russ-kosmos. livejournal.com/728. html (accessed: 01.09.2017). (In Russ.)
3. Raketa-nositel' ANGARA Available at: http://mili-taryarticle.ru/raketnoe-i-bombovoe-vooruzhenie/20432-raketa-nositel-angara (accessed: 01.09.2017). (In Russ.)
4. GKNPC imeni M. V. Hrunicheva / KVTK/ Available at: http://www.khrunichev.ru/ main.php?id=52 (accessed: 01.09.2017). (In Russ.)
5. Zamyatin D. A., Stepanova S. V., Kolga V. V. Analysis of carrier rockets for transporting information support heavy space platforms into orbit // Aktual'nye problemy aviacii i kosmonavtiki : materialy III Mezhdu-nar. nauch. konf. (10-14 aprelya 2017, g. Krasnoyarsk) : v 2 ch. / pod obshch. red. Yu. Yu. Loginova ; Sib. gos. aehrokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2017.
© Богданова В. С., Замятин Д. А., Степанова С. В., Кольга В. В., 2017
