CC BY
28
деятельность в сочетании с глубоким, тщательным прогнозом будущего региона, с учетом опасности влияния глобализации экономики на экономику России позволяет иметь некоторую перспективу сохранения цивилизации в Сибири, в Омской области в частности.
Литература
1. А. П. Паршев. Почему Россия не Америка: Крымский мост9-Д. -М.: Форум, 2001. 340 с.
О.П.ДОРОФЕЕВ, В. В. МАРКЕЛОВ
Производственное объединение «Полет», г. Омск
УДК 629.764.001.76
1. Анализ возможных полезных нагрузок для РН «Космос-ЗМ».
Анализ динамики прогнозируемого среднего количества пусков ракет-носителей (РН) в год по государственным заказам РФ с российских космодромов показывает, что в период 2001-2006гг. будут продолжаться пуски РН легкого класса (до 3.5-4 т полезной нагрузки на стандартную орбиту Нкр=200км, ¡=90 град.) [1 ].
Анализ перспективных программ запусков космических аппаратов (КА) позволяет сформулировать следующие основные направления использования РН «Космос-ЗМ» [1,5]:
• продолжение эксплуатации РН «Космос-ЗМ» с учетом имеющегося запаса РН для обеспечения в период до 2003 г. запусков серийных КА типа «Надежда»;
• обеспечение запусков разрабатываемых КА по национальным программам;
• обеспечение запусков разрабатываемых малых КА гражданского назначения типа «Надежда-М» для спутниковой системы «КОСПАС», КА «Предвестник» и «Вулкан» для обнаружения предвестников землетрясений.
Количество полезных нагрузок для РН «Космос-ЗМ» может быть существенно увеличено за счет реализации коммерческих запусков [1,5].
В настоящее время наблюдается процесс активного развития коммерческих спутниковых систем различного целевого назначения. На мировом рынке коммерческих КА, в том числе малых КА, можно выделить три основных сегмента, обусловленных заказами [1]:
• на развертывание и поддержание спутниковых систем связи;
• на запуски КА дистанционного зондирования Земли;
• на запуски исследовательских КА для решения задач в области астрономии, изучения околоземного космического пространства, геологии, микрогравитации, космических технологий и др.
Запуски иностранных КА с помощью РН «Космос-ЗМ» начались в 70-х годах. По программе международного
2. П. Д. Балакин Контуры современного технического университета. / Омский научный вестник. Вып. 10. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2000. С. 4-9.
БАЛАКИН Павел Дмитриевич - заведующий кафедрой теории механизмов и машин ОмГТУ, докт. техн. наук, профессор.
сотрудничества были запущены индийские КА «Aryabhata», «Bhaskara-1», «Bhaskara-2», французский КА «Signe-3».
В настоящее время со стороны зарубежных производителей космической техники имеется тенденция устойчивого спроса на надежное и сравнительно дешевое средство выведения КА, каким является РН «Космос-ЗМ». С помощью РН «Космос-ЗМ» за последние годы успешно запущены свыше 11 коммерческих КА: «Faisat», «Faisat-2V» (США), «Astrid», «Astrid-2» (Швеция), «Unamsat-B» (Мексика); «Tsinqhua-1» (Китай), «Snap-1» (Соединенное королевство), «Megsat», «Mita» (Италия), «Abrixas», «Champ» (Германия). ПО «Полет» ведет дальнейшие контрактные проработки по расширению взаимодействия с зарубежными заказчиками в части поставок РН «Космос-ЗМ».
2. Анализ ракетных средств выведения легкого класса.
Среди РН легкого класса следует выделить следующие [1]:
• эксплуатируемые: РН«Космос-ЗМ»,РН«Циклон-3»;
• перспективные: «Полет», «Квант-1», «Ангара»;
• создаваемые на базе снимаемых с вооружения межконтинентальных баллистических ракет: «Рокот», «Стрела», «Днепр», «Старт-1».
В настоящее время на мировом рынке космических услуг не сформировались стабильные цены на коммерческие запуски зарубежных КА, что обусловлено рядом факторов, среди которых необходимо выделить выход на рынок космических услуг средств выведения России, Украины и Китая, имеющих сравнительно низкую себестоимость пуска, что позволяет существенно снизить цены на запуск коммерческих КА.
В большинстве опубликованных материалов для сравнительного анализа технико-экономических показателей РН используют стоимость выведения единицы массы полезной нагрузки на стандартную орбиту [1]. Результаты такого анализа показывают, что удельная стоимость выведения на стандартную орбиту единицы массы
ОЦЕНКА
ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ «КОСМОС-ЗМ»
В СТАТЬЕ ПРОВЕДЕН АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ПОЛЕЗНЫХ НАГРУЗОК ДЛЯ РН "КОСМОС-ЗМ", РАССМОТРЕНЫ РАЗЛИЧНЫЕ РАКЕТНЫЕ СРЕДСТВА ВЫВЕДЕНИЯ ЛЕГКОГО КЛАССА И ПРОВЕДЕНА ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ВОСПРОИЗВОДСТВА РН "КОСМОС-ЗМ".
полезной нагрузки российскими и украинскими РН наиболее низкая. Далее в порядке увеличения стоимости выведения идут китайские, французские, американские, японские и итальянские РН.
На протяжении 30-ти лет РН «Космос-ЗМ» используется для выведения КА различного назначения и является одной из самых надежных ракет в своем классе. Высокая надежность (0,97 %) доказана более чем 740 запусками, произведенными как по национальным программам, так и по программам международного сотрудничества. В этой связи для выбора конкретной РН более предпочтительным является критерий, учитывающий как стоимость, так и надежность выведения КА на стандартную орбиту (или удельная стоимость):
МКА Р
(1)
где С£ - стоимость пуска РН;
Мкд - максимальная масса выводимого КА на стандартную орбиту;
Р - полетная надежность РН.
Следует отметить, что такой подход оценки применим для РН одной или достаточно близкой размерности. Для РН различной размерности использование данного критерия дает только самые приблизительные оценки конкурентоспособности РН.
Несколько более точные результаты можно получить, если использовать среднестатистические зависимости удельной стоимости выведения полезной нагрузки на стандартную орбиту от максимальной массы полезной нагрузки, выводимой на стандартную орбиту:
КА
Р'
(2)
где С5У - среднестатистическая стоимость выведения полезной нагрузки на стандартную орбиту.
Анализ зависимостей (2) показывает, что прослеживается тенденция снижения удельной стоимости выведения при увеличении размерности РН. В большей степени эта тенденция выражена у японских и американских РН, в меньшей - у украинских и российских РН и минимально - у китайских РН [1]. Наличие такой закономерности делает неоправданным прямое сравнение РН различной размерности по удельной стоимости выведения полезной нагрузки.
Более точные результаты может дать ранжирование РН по такому показателю, как отношение удельной стоимости выведения полезной нагрузки данной РН к среднестатистической удельной стоимости:
На рисунке 1 приведены результаты такого ранжирования по данным [1 ]. Приведенные данные свидетельствуют о том, что коммерческая цена пуска РН «Космос-ЗМ», предлагаемая на рынке коммерческих услуг, является достаточно низкой и обеспечивает ей высокую степень конкурентоспособности.
1 ' 1 ' 3 ' 4 ' 5 ' 6 ' 7 ' в ' 9 ' ю ' п ' '2
Рисунок 1. Отношение удельной стоимости выведения КА к среднестатистическому значению данного показателя.
В таблице обозначены следующие РН: 1 -Стрела, 2- Рокот (РФ), З-Космос(РФ), 4-Талисман (Украина-Франция), 5-ЭС/1 (Украина-Франция), 6-Микст (Украина-Франция), 7-Ориль (Украина), 8-Днепр (Украина), Э-Сг-Ю (Китай), 10-Старт-1 (РФ), 11-Циклон-З (Украина), 12-Квант-1 (РФ), 13-Соп«иояа (США).
Помимо высокой надежности и низкой коммерческой цены пуска РН «Космос-ЗМ» обладает следующими характеристиками, повышающими ее конкурентоспособность [3-5]:
• пуски РН осуществляются с полигона Капустин Яр и космодрома Плесецк, что расширяет диапазон реализуемых при пусках наклонений орбит КА;
• в настоящее время на космодроме Плесецк освоена новая трасса, позволяющая осуществлять при помощи РН «Космос-ЗМ» запуски КА на солнечно-синхронные орбиты (ССО); проведен успешный групповой запуск трех КА на ССО,
• освоена и апробирована при запуске КА «Квик Берд» (США) уникальная технология изготовления, подготовки и запуска РН, обеспечивающая высокую степень чистоты пространства под обтекателем при запусках КА с оптико-электронной аппаратурой;
• коммерческиезапускизарубежныхКАнаРН«Космос-ЗМ» проводятся как целевые, так и попутные; для групповых и попутных запусков КА на ПО «Полет» разработаны и успешно используются различные компоновочные схемы блока полезной нагрузки, адаптеры различной номенклатуры с системами отделения;
• разработаны и реализованы мероприятия по снижению теплового нагружения КА при выведении и напряженности электрического поля в зоне расположения КА.
3. Анализ возможности воспроизводства РН «Космос-ЗМ».
В связи с сокращением количества запускаемых отечественных КА на хранении в ракетных войсках стратегического назначения (РВСН) находятся РН «Космос-ЗМ», в том числе, с продленным гарантийным сроком.
Помимо РН «Космос-ЗМ» на хранении в РВСН находятся ракеты «К65М-Р», являющиеся модификацией РН «Космос-ЗМ» У этих ракет истекли гарантийные сроки хранения. В связи с тем, что отличия ракеты «К65М-Р» от РН «Космос-ЗМ» в целом незначительны, запас РН «Космос-ЗМ» может бьгть пополнен за счет изготовленных ранее и находящихся на хранении ракет «К65М-Р» [1,2].
Опыт эксплуатации РН «Космос-ЗМ» и РН-аналогов свидетельствует о сохранении РН технических параметров и характеристик за пределами гарантийного срока. Анализ продолжительности эксплуатации РН свидетельствуют о систематическом росте среднего времени хранения РН. К настоящему времени ПО «Полет» по проблеме продления срока технической годности РН «Космос-ЗМ» выполнен большой объем работ, по результатам которых установлена принципиальная возможность эксплуатации РН до 12-13 лет.
Из всего запаса РН «Космос-ЗМ» в рамках национальных программ только для части из них имеются полезные нагрузки. Программа пусков ракеты «К65М-Р» по целевому назначению в последнее время также значительно сокращена. Таким образом, оставшаяся часть РН «Космос-ЗМ» может быть использована в международных программах для запуска коммерческих КА и получения финансовых средств. Ракеты «К65М-Р» после доработки их в РН «Космос-ЗМ» также могут быть использованы для запуска коммерческих КА.
В то же время использование РН из запаса для коммерческих целей требует их восполнения для поддержания отечественных орбитальных группировок КА в интересах различных ведомств. По оценке ПО «Полет» и предприятий-соисполнителей в настоящее время возможно восстановление в небольшом объеме производства РН «Космос»
в прежнем виде, но с учетом выполнения повышенных требований, предъявляемых Заказчиками, по темпераггурно-влажностным режимам, параметрам собственной внешней атмосферы, параметрам отделения КА и т.д. Технические решения по реализации этих требований, общих для практики запуска международных КА, будут реализованы на воспроизводимых РН «Космос-ЗМ».
В связи с длительным перерывом в серийном производстве РН «Космос-ЗМ» был проанализирован потенциал, квалификация персонала и обеспеченность необходимыми материалами и комплектующими основного завода-изготовителя РН - ПО «Полет» и заводов-изготовителей основных систем. Анализ показал достаточно высокую степень готовности заводов к воспроизводству РН в прежнем виде.
Производство РН «Космос-ЗМ» на ПО «Полет» включает в себя изготовление клепаных и сварных механических конструкций (отсеков, обтекателей, топливных баков), узлов автоматики пневмогидравлической системы, кабельной сети, изготовление ряда электронных приборов, монтаж, сборку и испытания всех агрегатов, систем и РН в целом.
На ПО «Полет» имеется полный комплект технологического оборудования (стапели, стенды, контрольно-испытательная аппаратура и др.), технологической и конструкторской документации, необходимой для изготовления РН. Сохранены основные кадры технологов, конструкторов и производственного персонала. Однако, в связи с длительным перерывом в изготовлении РН, сокращением кадров из-за отсутствия заказов на ракетно-космическую технику, для возобновления изготовления РН необходимо провести ряд мероприятий: дополнительный набор инженерно-технических работников и рабочих, ремонт, восстановление и аттестацию стендов, оснастки, сварочных установок, оборудования, помещений и камер для нанесения покрытий, программ для станков с ЧПУ, восстановление связей с поставщиками покупных изделий, установочные испытания узлов и агрегатов и т.д.
Производственно-техническая возможность изготовления двигателей первой и второй ступени на предприятиях-изготовителях в настоящее время имеется. Необходимо установить объем установочной партии двигателей для испытаний. На изготовление, испытания и отправку первого товарного образца двигателей первой ступени потребует-ся около одного года, а для двигателей второй ступени-три года.
Анализ производственной базы заводов-изготовителей системы управления и системы измерений показывает, что большинство из них имеет возможность возобновления производства.
Для начала воспроизводства РН «Космос-ЗМ» необходимы инвестиции в объеме, равном стоимости изготовления одной РН. Эти инвестиции будут возвращены за счет коммерческого использования РН «Космос-ЗМ» из запаса.
Изготовление и реализация партии вновь изготовленных РН «Космос-ЗМ» позволит приступить к модернизации РН, что, в свою очередь, обеспечит ее бесперебойный выпуск и улучшит ряд характеристик РН.
Проектные работы по модернизации комплекса РН «Космос-ЗМ» проведены КБ «Полет» по исходным данным на РН легкого класса, выданным Российским авиакосмическим агентством.
По результатам проведенных работ модернизация комплекса РН "Космос-ЗМ" предлагается в следующем объеме: замена устаревшей аппаратуры системы управления, системы телеметрических измерений, системы измерений параметров траектории, головного обтекателя, Доработка конструкции РН, доработка технической и стартовой позиций, связанная сдооснащением наземной аппаратурой новых бортовых систем и т.д.
Распределение затрат на модернизацию основных систем РН в процентном соотношении выглядит следующим образом:
затраты головного разработчика - КБ 6.75%
«Полет»
разработка и изготовление системы 33.8%
управления
разработка системы измерений, дооборудование технической и 18.2%
стартовой позиций
разработка и изготовление нового 6.75%
обтекателя
затраты ПО «Полет» на изготовление
опытных образцов для наземной 34.5%
отработки и летных испытаний
Предполагается проведение модернизации на кредитной основе. Планируется, что вложенные внебюджетные средства на модернизацию РН «Космос-ЗМ» будут возвращаться по мере использования РН для коммерческих запусков КА по контрактам с иностранными заказчиками. Для этих целей необходимо определить количество запусков РН «Космос-ЗМ» в год и стоимость контракта.
Учитывая накопленный опыт ПО «Полет», в год можно осуществить до трех запусков РН «Космос-ЗМ» с коммерческими КА. Процентное распределение затрат на один запуск РН выглядит следующим образом:
стоимость изготовления РН 4 3.31 стоимость материальной части для наземной экспериментальной отработки
(адаптер, системы отделения и др.) 4.2У.
стоимость адаптации КА и РН 12.51:
стоимость пусковых услуг 19.2'А финансовые средства на модернизации РН
«Космос-ЗМ» 20.8*
Параллельно с проведением модернизации РН «Космос-ЗМ» будут проводиться коммерческие запуски КА по контрактам с иностранными заказчиками. Для запусков предполагается использовать РН «Космос-ЗМ», которые находятся в боезапасе и не востребованы в ближайшие 2-3 года для выполнения целевых программ. Взамен Минобороны РФ получит модернизированные РН «Космос-ЗМ». При темпе 3-х запусков РН «Космос-ЗМ» в год внебюджетные средства, предназначенные для модернизации РН «Космос-ЗМ», могут быть возвращены за 2-3 года, т. е. к моменту окончания работ по модернизации. При этом изготовление модернизированных РН «Космос-ЗМ» для восполнения боезапаса можно обеспечить в последующие годы за счет прибыли от коммерческих пусков.
Таким образом, проведенная оценка целесообразности восстановления производства РН «Космос-ЗМ» показывает:
• наличие коммерческих полезных нагрузок, прибыль от запуска которых на существующих РН «Космос-ЗМ» позволит осуществить воспроизводство РН, а также провести модернизацию всего комплекса в течение 3 лет:
• существующая производственная база предприятий смежников в состоянии возобновить как производство РН «Космос-ЗМ», так и модернизацию всего комплекса:
• модернизованный комплекс РН «Космос-ЗМ» предполагается эксплуатировать не менее 15 лет, что многократно окупит затраты на его модернизацию.
Литература
1. Разработка предложений по использованию КРК «Космос-ЗМ» для запусков космических аппаратов в интересах Минобороны России и по коммерческим запускам. Научн. техн. отчет. 4 ЦНИИ МО РФ, г.Москва. 94с. 1999г..
2. Материалы по возобновлению производства и модернизации РН «Космос-ЗМ». ПО «Полет», г.Омск. 35с 1999г.
3. Ракетно-космический комплекс «Космос». Справочник пользователя. ПО «Полет», г.Омск. 50с. 1999г.
4 Черный И. Ракета-носитель «Космоо-ЗМ». Новости космонавтики. Т.11. №1(216). Информационно-издательский дом «Новости космонавтики». г.Москва., с.32-33.2001г.
5. Конструкторское бюро «Полет»: опыт обеспечения коммерческих запусков космических аппаратов ракетой-носителем «Космос-ЗМ». В.В.Маркелов и др. Омский научный вестник. Выпуск 7. С.29-31.1999г.
ДОРОФЕЕВ Олег Петрович -генеральный директор. МАРКЕЛОВ Виктор Викторович - главный конструктор, К.Т.Н..
ПРЕДСТАВЛЯЕМ ДИССЕРТАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
В Омском государственном техническом университете 28 декабря 2000 г. защищена и утверждена в ВАК России докторская диссертация Емельянова Александра Федоровича на тему "Расчет качественных характеристик зубчатых передач с люфтовыбиранием для высокоточных приводов" по специальности 05.02.18 - теория механизмов и машин. Диссертационная работа выполнена в Снежинском физико-техническом институте Московского государственного инженерно-физического института (технического университета)
Наиболее существенные научные результаты, полученные лично соискателем:
1.1. Получены зависимости для расчета текущего значения и частотных составляющих кинематической погрешности, и стационарной динамико-кинематической погрешности основных типов зубчатых передач и их комбинаций. Выявлены условия возникновения параметрических резонансов в приводе, определены области устойчивости системы и номограммы, позволяющие синтезировать сочетания конструктивных и эксплуатационных параметров проектируемых передач для внерезонансной эксплуатации.
1.2. Разработана математическая модель, позволяющая аналитически установить связь между погрешностью зацепления и порождаемым ею динамическим моментом, модель реализована пакетом прикладных программ ПЭВМ.
1.3 Выполнено исследование характеристик зубчатых передач с люфтовыбиранием, что позволяет обоснованно выбрать рациональный вариант механического привода.
Значение для теории и практики
Полученные результаты дополняют исследования в области разработки высокоточных силовых приводов, построенных на зубчатых передачах.
Практическая ценность работы заключается в возможности на стадии проектирования по заданным качественным характеристикам корректно выбрать тип зубчатой передачи с люфтовыбиранием для встраивания ее в высокоточный привод.
Диссертационный совет рекомендует результаты, полученные Емельяновым А.Ф., для использования в НИИ, КБ и предприятиях, занимающихся разработкой, производством и эксплуатацией высокоточных силовых приводов.
