РАКЕТНЫЙ РАЗГОННЫЙ БЛОК И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ
ROCKET BOOSTER AND ASSEMBLY METHOD THEREOF

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к конструкции ракетных разгонных блоков, входящих в состав ракет космического назначения, предназначенных для выведения с опорной орбиты на рабочие энергетические орбиты различных космических объектов - полезных грузов.
В настоящее время успешно эксплуатируются в космических проектах ракетные разгонные блоки типа ДМ, «Фрегат», «Бриз». Однако все эти разгонные блоки имеют значительную тяговооруженность для своего класса и используются для вывода на геопереходную орбиту полезную нагрузку массой от ~ 3000 до 6200 кг.
В последнее время появилась необходимость выводить на целевую орбиту полезные нагрузки массой около 500 кг. Это современные космические аппараты научно-технического назначения и аппараты дистанционного зондирования Земли.
Для таких задач выше перечисленные блоки переразмерены и имеют избыточную массу, в результате чего их эффективность значительно снижается, поэтому необходим ракетный разгонный блок меньшей тяговооруженности и меньшей массы.
Известна жидкостная ракетная двигательная установка по патенту РФ 2187010, содержащая баки горючего и окислителя, выполненные в виде сегментов полого тора с днищами по торцам и двигатель. Представленная двигательная установка может быть применена в составе ракетного разгонного блока, однако, поскольку баки связаны между собой конструктивными элементами в виде фермы (рамы), что при использовании криогенного компонента топлива совместно с некриогенным из-за их разности температур приведет к неизбежной деформации тонкостенных оболочек баков, либо дополнительно потребуются температурные компенсаторы.
Известен ракетный разгонный блок по патенту РФ 24120088, содержащий криогенный бак окислителя, бак горючего, маршевый двигатель, корпусной отсек, двухконтурную ферму - прототип.
В этом разгонном блоке использован сферический криогенный кислородный бак, торовый бак горючего. Баки связаны друг с другом корпусными элементами: фермой подвески криогенного бака, переходником и двухконтурной фермой, которая своим верхним шпангоутом пристыкована к переходнику; к наружным стержням фермы закреплен торовый бак горючего, а к внутренним стержням пристыкован маршевый двигатель, который размещен во внутриторовом пространстве бака горючего.
При сборке разгонного блока используется модуль разгонного блока. В состав модуля разгонного блока входят: блок баков и маршевый двигатель. Модуль сверху вводится внутрь корпусного отсека и закрепляется на его верхнем шпангоуте, образуя, таким образом, окончательно собранный разгонный блок.
Аналогичный блок был разработан во второй половине 20 века для освоения Луны и используется в настоящее время в различных модификациях (в том числе в варианте по патенту РФ 24120088). Для выполнения поставленной задачи прототип переразмерен и имеет избыточную массу.
Задачей изобретения является создание ракетного разгонного блока в обеспечение выведения полезных грузов на целевые орбиты с помощью ракет-носителей сверхлегкого класса с максимальным использованием освоенных промышленностью конструктивных элементов и систем и требующих минимальных затрат для их отработки.
Эта задача решается за счет того, что в ракетном разгонном блоке, содержащем криогенный бак окислителя и бак горючего, выполненные в виде сегментов полого тора с днищами по торцам, двухконтурную ферму, корпусной отсек и маршевый двигатель, к нижнему шпангоуту наружного контура двухконтурной фермы пристыкован корпусной отсек. К шпангоуту внутреннего контура двухконтурной фермы пристыковано силовое кольцо, на которое установлен маршевый двигатель. По наружному контуру криогенный бак окислителя и бак горючего закреплены к корпусному отсеку шарнирными регулируемыми тягами, причем шарнирные регулируемые тяги одним концом закреплены к верхнему шпангоуту корпусного отсека, а другим концом - к силовым элементам криогенного бака окислителя и бака горючего соответственно. По внутреннему контуру криогенный бак окислителя и бак горючего присоединены к силовому кольцу шарнирными регулируемыми растяжками, причем шарнирные регулируемые растяжки одним концом закреплены к силовому кольцу, а другим концом - к силовым элементам криогенного бака окислителя и бака горючего соответственно.
Эта задача решается за счет того, что в способе сборки ракетного разгонного блока, включающем размещение корпусного отсека в вертикальное положение, сначала сверху внутрь корпусного отсека вводят криогенный бак окислителя и бак горючего, и предварительно закрепляют их к верхнему шпангоуту корпусного отсека с помощью шарнирных регулируемых тяг. Далее на шпангоут внутреннего контура двухконтурной фермы устанавливают силовое кольцо, и затем двухконтурную ферму устанавливают на корпусной отсек, закрепляя стержни наружного контура двухконтурной фермы к верхнему шпангоуту корпусного отсека, после чего поднимают собранную конструкцию, вводят маршевый двигатель в пространство, ограниченное криогенным баком окислителя и баком горючего, закрепляют маршевый двигатель к силовому кольцу, и предварительно шарнирными регулируемыми растяжками соединяют криогенный бак окислителя и бак горючего с силовым кольцом. Затем шарнирными регулируемыми тягами и шарнирными регулируемыми растяжками окончательно выставляют положения баков и маршевого двигателя относительно друг друга, двухконтурной фермы и корпусного отсека.
На фиг. 1, 2, 3 и 4 изображены ракетный разгонный блок и его фрагменты, на фиг. 5, 6, 7, 8 и 9 представлены фазы сборки ракетного блока, где:
1. криогенный бак окислителя;
2. бак горючего;
3. двухконтурная ферма;
4. корпусной отсек;
5. маршевый двигатель;
6. верхний шпангоут двухконтурной фермы;
7. адаптер космического аппарата;
8. нижний шпангоут наружного контура двухконтурной фермы;
9. нижний шпангоут корпусного отсека;
10. ракета-носитель;
11. шпангоут внутреннего контура двухконтурной фермы;
12. силовое кольцо;
13. шарнирные регулируемые тяги;
14. верхний шпангоут корпусного отсека;
15. силовые элементы;
16. шарнирные регулируемые растяжки;
17. электрические и пневмогидравлические элементы;
18. навесное оборудование;
19. технологическая подставка;
20. стержни наружного контура двухконтурной фермы;
21. пространство, ограниченное криогенным баком окислителя и баком горючего;
22. головной обтекатель.
В ракетном разгонном блоке, содержащем криогенный бак окислителя 1 и бак горючего 2, выполненные в виде сегментов полого тора с днищами по торцам, двухконтурную ферму 3, корпусной отсек 4 и маршевый двигатель 5, при этом верхний шпангоут двухконтурной фермы 6 выполнен в виде шпангоута, обеспечивающего стыковку с адаптером космического аппарата 7. К нижнему шпангоуту наружного контура двухконтурной фермы 8 пристыкован корпусной отсек 4, а к нижнему шпангоуту корпусного отсека 9 стыкуется ракета-носитель 10. К шпангоуту внутреннего контура двухконтурной фермы 11 пристыковано силовое кольцо 12, на которое установлен маршевый двигатель 5. По наружному контуру криогенный бак окислителя 1 и бак горючего 2 закреплены к корпусному отсеку 4 шарнирными регулируемыми тягами 13, причем шарнирные регулируемые тяги 13 одним концом закреплены к верхнему шпангоуту корпусного отсека 14, а другим концом - к силовым элементам 15 криогенного бака окислителя 1 и бака горючего 2 соответственно. По внутреннему контуру криогенный бак окислителя 1 и бак горючего 2 присоединены к силовому кольцу 12 шарнирными регулируемыми растяжками 16, причем шарнирные регулируемые растяжки 16 одним концом закреплены к силовому кольцу 12, а другим концом - к силовым элементам 15 криогенного бака окислителя 1 и бака горючего 2 соответственно. На внутренней поверхности корпусного отсека 4, например, могут быть установлены электрические и пневмогидравлические элементы 17, связывающие ракетный разгонный блок с ракетой-носителем 10 и сооружениями стартового комплекса. Навесное оборудование 18 ракетного разгонного блока, например, может быть размещено на стержнях двухконтурной фермы 3 и (или) на оболочках баков 1 и 2.
В качестве силовых элементов 15 могут быть применены поперечные и продольные шпангоуты или кронштейны, установленные на оболочки баков 1 и 2.
Шарнирные регулируемые тяги 13 и шарнирные регулируемые растяжки 16 обеспечивают соответственно на этапе сборки ракетного разгонного блока необходимое положение баков 1 и 2 и маршевого двигателя 5 за счет их регулировки как по длине, так и по углу. В процессе эксплуатации ракетного разгонного блока в составе ракеты космического назначения смещения баков 1 и 2 от воздействия статических и динамических нагрузок компенсируется за счет поворота в сферических шарнирах упомянутых тяг 13 и растяжек 16.
Монтаж навесного оборудования 18 на элементах ракетного разгонного блока проводится в процессе его поэтапной сборки.
В способе сборки ракетного разгонного блока, содержащем размещение корпусного отсека 4 в вертикальное положение, сначала сверху внутрь корпусного отсека 4 вводят криогенный бак окислителя 1 и бак горючего 2, и предварительно закрепляют их к верхнему шпангоуту корпусного отсека 14 с помощью шарнирных регулируемых тяг 13. Далее на шпангоут внутреннего контура двухконтурной фермы 11 устанавливают силовое кольцо 12, и затем двухконтурную ферму 3 вместе с силовым кольцом 12 устанавливают на корпусной отсек 4, закрепляя стержни наружного контура двухконтурной фермы 20 к верхнему шпангоуту корпусного отсека 14, после чего поднимают собранную конструкцию, вводят маршевый двигатель 5 в пространство, ограниченное криогенным баком окислителя и баком горючего 21, закрепляют маршевый двигатель 5 к силовому кольцу 12, и предварительно шарнирными регулируемыми растяжками 16 соединяют криогенный бак окислителя 1 и бак горючего 2 с силовым кольцом 12. Затем шарнирными регулируемыми тягами 13 и шарнирными регулируемыми растяжками 16 окончательно выставляют положения баков 1 и 2 и маршевого двигателя 5 относительно друг друга, двухконтурной фермы 3 и корпусного отсека 4.
Предложенный ракетный разгонный блок функционирует следующим образом.
В процессе полета ракеты-носителя 10 после прохождения плотных слоев атмосферы производится отделение головного обтекателя 22 по стыку с верхним шпангоутом корпусного отсека 14 ракетного разгонного блока. После завершения работы ракеты-носителя 10 производится отделение ракетного разгонного блока и осуществляется запуск маршевого двигателя 5. Далее ракетой-носителем 10 совместно с ракетным разгонным блоком полезная нагрузка выводится на целевую орбиту, после чего производится ее отделение.
Все составляющие элементы предложенного ракетного разгонного блока производятся отечественной промышленностью.
В предложенной конфигурации обеспечивается создание ракетного разгонного блока в обеспечение выведения полезных грузов на целевые орбиты с применением существующих ракет-носителей сверхлегкого класса с максимальным использованием изготавливаемых промышленностью конструктивных элементов и систем и требующих минимальных затрат для их отработки.