Ракета-носитель сверхтяжёлого класса на базе рН «Энергия» с использованием современных достижений в науке и технике Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Решетнеескцие чтения. 2015

УДК 629.78

РАКЕТА-НОСИТЕЛЬ СВЕРХТЯЖЁЛОГО КЛАССА НА БАЗЕ РН «ЭНЕРГИЯ» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННЫХ ДОСТИЖЕНИЙ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ

М. Д. Евтифьев, А. В. Остапенко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-шаП: emd1958@mail.ru

Производится анализ ракет-носителей сверхтяжёлого класса, выводящих на низкие орбиты полезный груз массой от 35 тонн и выше, а также приводится результат исследования возможности создания ракеты-носителя сверхтяжелого класса с грузоподъёмностью 140 тонн на базе ракеты «Энергия» с использованием новых достижений в науке и технике.

Ключевые слова: ракета-носитель сверхтяжелого класса, композиты, метан, лазерное зажигание.

SUPERHEAVY LAUNCHER BASED ON "ENERGY" LAUNCHER USING MODERN ACHIEVEMENTS IN THE SCIENCE AND ENGINEERING

M. D. Evtifiev, A. V. Ostapenko

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation. Е-mail: emd1958@mail.ru

We analyse superheavy launchers boosting payload (min. 35 tons and heavier) to low orbit. We also present the ability to develop a super heavy launcher with carrying capacity of 140 tons based on rocket «Energia» and new achievements in a science and engineering.

Keywords: superheavy launcher, composites, combustible, methane, laser ignition.

В настоящее время развитие ракетно-космической техники вплотную подошло к промышленному использованию Луны и созданию там базы, а также к полётам на Марс. В связи с этим возникает необходимость создания средств выведения большой грузоподъёмности, которые также могут понадобиться для развёртывания и монтажа на околоземных орбитах крупногабаритных конструкций, таких как космические электростанции, о чём человечество мечтает давно. Поэтому страны мира (Россия, Китай, Индия, Европа, США), разрабатывающие ракеты-носители (РН), озадачились созданием ракет-носителей сверхтяжёлого класса (РН СТК) и в результате эта тема стала сегодня актуальной. Вновь возник большой интерес к ракетно-космической технике [1-3].

По современной классификации к РН СТК относятся ракеты, которые способны выводить на орбиты высотой 200 км космические объекты массой от 35 т и более.

За всю историю РКТ были созданы десятки ракет-носителей разных классов и в частности четыре РН СТК, такие как «Сатурн-5» (США, выводила 140,9 т полезного груза на низкую околоземную орбиту, осуществлено 13 пусков, все успешные), Н-1 (СССР, 95 т, 4 - все неудачные), «Энергия» (СССР, 105 т, 2 - все успешные). Однако были и другие проекты ракет-носителей такого класса, которые так и не пошли в производство: «Нова» (США, 200 т), «Сатурн С-5№> (США, 156 т), Н-1Ф (СССР, 100 т), Р-56 (СССР, 40 т), УР-700 (СССР, 150-225 т), УР-900

(СССР, от 225 т), «Вулкан» (СССР, 200 т), «Магнум» (США, 80 т). В настоящее время продолжается разработка РН СТК в США SLS (Space Launch System, «Космическая пусковая система», 70-140 т) и в России «Русь-МТ» (35-54 т с доведением в дальнейшем до 100 т), а также первая частная «Фалкон Heavy» (американская корпорация SpaceX, 53 т ).

Следует сказать, что с конца 1960-х гг. во время лунных экспедиций в СССР наметилось отставание по разработке РН СТК от США, однако в конце 1980-х гг. с началом испытаний РН «Энергия» этот разрыв был ликвидирован, но в связи с разрушением страны в 1991 г. эти разработки были прекращены и образовался большой перерыв. За период 1991-2012 гг. было потеряно много технологий, материальных и людских ресурсов, и если мы слышим сегодня о разработках в России РН СТК, то мы должны понимать, что, во-первых, они будут нужны в перспективе и эти разработки надо вести уже сегодня; во-вторых, условия для их создания сегодня совершенно не благоприятствуют этому; в-третьих, потребуются громадные финансовые средства, даже большие, чем в советское время при создании РН «Энергия».

В России внимание к РН СТК со стороны отечественных разработчиков подогревается не только целями исследования космического пространства с помощью этих ракет, но и разработкой аналогичных ракет в США.

Были исследованы все основные тактико-технические и экономические характеристики и по ним были построены диаграммы. Вывод общий такой,

Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

что РН СТК России не уступают по основным тактико-техническим характеристикам, а по экономическим имеют наилучшие показатели в мире.

В таблице представлены некоторые основные проектные тактико-технические характеристики РН СТК СССР, США и КНР и по ним построены диаграммы конструктивного совершенства РН СТК (см. рисунок).

На основании диаграммы можно сделать вывод, что проекты отечественных РН СТК по важному показателю «конструктивное совершенство» не уступают РН СТК других стран.

Разрабатываемые сегодня РН СТК должны вобрать в себя все новое, что появилось сегодня в науке и технике, а также использовать предыдущий опыт работы в этом направлении (РН «Энергия»). Что же нового можно сегодня выделить для возможностей создания наиболее совершенных РН СТК? Перечислим основные из этих достижений:

- применение в качестве горючего экономически и экологически выгодного и перспективного горючего -жидкого метана;

- максимальное применение в конструкции РН композиционных материалов;

- использование для зажигания топлива лазера;

- максимальное внедрение в систему управления и контроля как на борту, так и в наземном оборудовании оптико-волоконных линий связи;

- использование по максимуму цифровых систем вместо аналоговых для управления и контроля на борту и в наземном оборудовании;

- внедрение лазерных гироскопических приборов;

- применение современного программного обеспечения;

- использование результатов процесса микроминиатюризации в современных электронных и электромеханических устройствах и т. д.

В конце концов все эти достижения, внедренные в новейшие изделия, приводят к меньшей стартовой массе, более надежной и менее дорогой РН СТК.

Что же собственно можно взять из предыдущего опыта работы по РН «Энергия»?

В первую очередь это технический и стартовый комплексы, созданные в 1980-х гг. на Байконуре специально для РН «Энергия», которые можно просто переоборудовать под новую ракету, что значительно сократит затраты на создание новых комплексов.

Можно собрать основных разработчиков РН «Энергия», у которых все еще есть материал в архивах по этапной разработке и отработке элементов конструкции ракеты и ее в целом. Результаты летно-конструкторских испытаний РН «Энергия» тоже очень важно использовать в процессе создания РН СТК. Да еще много чего можно учесть и не повторять некоторых ошибок при создании новейшей РН СТК.

Вывод Новейшую РН СТК на базе ракеты «Энергия» с учетом достижений науки и техники создать реально за короткий промежуток времени и с меньшими затратами, чем если бы начинать с самого начала.

Библиографические ссылки

1. Данилюк А. Ю.; Клюшников В. Ю.; Кузнецов И. И.; Осадченко А. С. Создание сверхтяжёлых ракет-носителей для исследования и освоения Луны и Марса: прошлое, настоящее, будущее // Вестник НПО им. С. А. Лавочкина. 2014. № 2. С. 128-136.

2. Современные отечественные ракеты-носители. Ракетно-космическая техника : учеб. пособие / М. Д. Ев-тифьев, Л. А. Ковригин, В. В. Кольга, Л. Н. Лебедева, В. В. Филатов ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005. 144 с.

3. Современные ракеты-носители зарубежных стран. Ракетно-космическая техника : учеб. пособие / М. Д. Евтифьев, Л. А. Ковригин, В. В. Кольга, Л. Н. Лебедева, В. В. Филатов ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2010. 276 с.

References

1. Daniljuk A. J., Kljushnikov V. J., Kuznetsov I. I., Osadchenko A. S. Creation of superheavy launchers for research and development of moon and Mars: the past, present, the future: the article // Bulletin NPO him. S.A. Lavochkina. 2014. № 2. Р. 128-136.

2. Modern domestic launch vehicles. Rocket and space technology: Proc. manual / M. D. Evtifiev, L. A. Kovrigin, V. V. Kolga, L. N. Lebedev, V. V. Filatov ; SibSAU. Krasnoyarsk, 2005. 144 p.

3. Modern launch vehicles foreign countries. Rocket and space technology: Proc. manual / M. D. Evtifiev, L. A. Kovrigin, V. V. Kolga, L. N. Lebedev, V. C. Filatov ; SibSAU. Krasnoyarsk, 2010. 276 p.

0,06 1 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0

Энергия

Вулкан

Ares V

SLS

Великий поход

Сравнение конструктивного совершенства проектов РН СТК

Решетнееские чтения. 2015

© Евтифьев М. Д., Остапенко А. В., 2015

УДК 629.78.002.3

РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ВАКУУМНОЙ КАМЕРЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ РАДИООТРАЖАЮЩИХ ПОКРЫТИЙ НА РЕФЛЕКТОРЫ Ka-ДИАПАЗОНА

С. А. Зоммер, И. И. Хоменко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: semen_zommer@mail.ru

Описывается схема компоновки вакуумной камеры, позволяющая наносить многослойные покрытия на рефлекторы антенн, улучшить качество напыляемого покрытия, а также проводить предварительную подготовку поверхности напыляемой подложки за один непрерывный процесс.

Ключевые слова: вакуумное напыление, многослойное покрытие, рефлекторы антенн.

DEVELOPMENT OF THE VACUUM CHAMBER SCHEME TO APPLY MULTILAYER RADIO-REFLECTIVE COATINGS TO Ka RANGE REFLECTOR

S. A. Zommer, I. I. Khomenko

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: semen_zommer@mail.ru

The paper describes the pattern layout of the vacuum chamber able to apply multi-layer coating to the antenna reflector to improve the quality of the sprayed coating, as well as to perform pre-treatment of the substrate sprayed in a continuous process.

Keywords: vacuum deposition, multilayer coating, antenna reflectors.

Основные проектные технические характеристики РН СТК

Ракета-носитель Грузоподъёмность, т Стартовая масса, т Конструктивное совершенство

Энергия (СССР) 105 2 419 0,043

Вулкан (СССР) 200 4 747 0,042

Ares V (США) 188 3 705 0,051

SLS (США) 70 2 950 0,023

Великий поход (КНР) 133 4 150 0,032

Для обеспечения эффективной работы антенн Ка-диапазона необходимо обеспечить максимальное отражение радиоизлучения рефлекторами антенн. Для этого наносятся многослойные радиоотражающие покрытия, необходимый коэффициент радиоотражения должен быть не менее 0,96 [1-2]. Нанесенные покрытия также должны отвечать требованиям по стойкости к условиям эксплуатации.

Существует несколько способов нанесения покрытий вакуумным напылением [3-4]. В лаборатории кафедры ЛА производится осаждение покрытий методом магнетронного распыления на вакуумной установке УВМ-1200Б. В данной вакуумной установке используется безмасляная система вакуумной откачки, включающая в себя форвакуумный и турбомоле-кулярный насосы.

Существуют схемы компоновки вакуумной камеры, предусматривающие установку двух магнетронов, систему напуска газа и систему крепления напыляе-

мых образцов. С использованием данной схемы компоновки вакуумной камеры нанесение многослойного покрытия возможно только при замене мишени на магнетроне или изменении положения подложки. В результате этих действий нанесенное покрытие вступает в реакцию с поступающими в камеру атмосферными газами. Продуктами реакции являются оксидные пленки, образующиеся на поверхности покрытия. При дальнейшем осаждении нового слоя оксидная пленка образует прослойку, влияющую на показатель адгезии покрытия и в результате на эксплуатационную эффективность.

Также выявлено, что для улучшения адгезии металлического покрытия с подложкой из полимерного композиционного материала (ПКМ) необходимо термически воздействовать на подложку перед непосредственным осаждением покрытия. Данная операция может осуществляться при помощи нагревательного элемента, установленного в вакуумную камеру и на-