Развитие космических разгонных блоков

Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

УДК 629.78

М. Д. Евтифьев, А. С. Суханов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

РАЗВИТИЕ КОСМИЧЕСКИХ РАЗГОННЫХ БЛОКОВ

На материале из открытых источников производится анализ развития космических разгонных блоков производства различных стран и делается вывод об их востребованности на современном этапе развития ракетно-космической техники. Также в сравнении показано, какие блоки имеют наилучшие характеристики.

В настоящее время с использованием автоматических космических аппаратов (КА) осуществляется решение большого количества задач, что стало возможным в результате развития средств выведения КА. Для того чтобы эти КА выполнили свое целевое назначение, их надо вывести на целевые орбиты. Для этого используются ракеты-носители (РН), которые при выведении КА могут работать последовательно и непрерывно и полностью вырабатывать запас компонентов топлива, осуществляя непосредственное выведение. Однако есть задачи, которые решаются на орбитах, непосредственное выведение на которые невозможно. Кроме этого, сегодня наметилась тенденция выведения одной РН сразу нескольких КА, которые имеют разные целевые орбиты. Во многих случаях есть необходимость включения двигателя при движении КА по орбите и обеспечение изменения вектора скорости аппарата. Это могут осуществлять космические разгонные блоки (КРБ). Таким образом, можно констатировать, что существует устойчивая и очень частая необходимость в наличии на ракете-носителе КРБ.

В России созданы и находятся в эксплуатации следующие КРБ: самые лучшие в мире по надежности блоки типа «ДМ» РКК «Энергия» для РН «Протон-М», «Зенит-38Ь, -38ЬБ»; блоки «Бриз-М» и «Бриз-КМ», созданные в ГКНПЦ имени М. В. Хруничева для РН «Протон-М» и «Рокот». В перспективе у этой организации еще два блока: кислородно-водородный разгонный блок (КВРБ) и универсальный кислородно-водородный блок (УКВБ) для РН «Ангара»; блоки типа «Фрегат» НПО имени С. А. Лавочкина для РН типа «Союз», которые в последнее время стали применяться на РН «Зенит» и ориентируются также на РН «Ангара». Для легких РН на российском предприятии ЦКБ «Арсенал» создан и предлагается твердотопливный КРБ «Тор». Наблюдается конкуренция между КРБ РКК «Энергия», ГКНПЦ имени М. В. Хруничева и НПО имени С. А. Лавочкина за использование их КРБ для выведения коммерческих нагрузок [1].

В США созданы и используются следующие КРБ: в виде второй ступени РН «Атлас-5», кислородно-водородные разгонные блоки «Центавр-ЗВ-8ЕС» и «Центавр-ЗВ-БЕС»; на РН «Дельта-4» применяются КРБ «Дельта-4-2» в двух вариантах по диаметру 4 и 5 м, а также в виде третьей ступени на РН тяжелого класса «Дельта-4Н» твердотопливный разгонный блок РАМ-Б;

для твердотопливных РН легкого класса «Пегас-XL» и «Минотавр-1 и -4» используется жидкостный блок HAPS с повторным запуском; РН легкого класса «Таурус-XL» использует КРБ «Орион-38», этот же блок будет применяться на разрабатываемой РН легкого класса «Минотавр-5»; РН легкого класса «Афи-на-2» и разрабатываемая в настоящее время ракета «Афина-3» используют жидкостный блок О AM [2].

Европейское космическое агентство в настоящее время эксплуатирует КРБ EPS (L-9,7), ESC-A (Н-14,4), EPS-V (L-10) на РН «Ариан-5», а на перспективу ведутся работы по созданию блока ESC-B (Н-21) с более мощным двигателем с повторным включением [2].

Страны Азиатско-Тихоокеанского региона используют следующие КРБ. Китай эксплуатирует Н-18 и L-14 соответственно на третьих ступенях РН типа CZ-3 и CZ-4, Япония Н2А-2 на РН Н-2А и Н-2В. Индия эксплуатирует жидкостные разгонные блоки PS-2 на РН легкого класса PSLV, а на РН среднего класса GSLV-кислородно-водородный блок CS-12 (12КРБ), разработанный в России на предприятии ГКНПЦ имени М. В. Хруничева. Попытка запуска кислородно-водородного КРБ собственной CUS была неудачной и пока находится в процессе доработки. Индийские специалисты очень активно продвигают свои разработки для коммерческих запусков и в ближайшем будущем могут составить конкуренцию российским КРБ [2].

Из анализа развития КРБ видно, что к ним проявляется все больший интерес как в России, так и за рубежом, а в связи с этим имеется потребность в постоянном исследовании развития КРБ всех стран в сравнении, так как в настоящее время это направление недостаточно полно изучено. Также видно, что российские КРБ сегодня находятся на высоком техническом и технологическом уровнях относительно зарубежных КРБ. Однако из-за продолжающихся финансовых проблем в ракетно-космической отрасли России нет гарантии, что это будет продолжаться и далее.

Библиографические ссылки

1. Современные отечественные ракеты-носители. Ракетно-космическая техника : учеб. пособие / М. Д. Евтифьев, Л. А. Ковригин, В. В. Кольга и др. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005.

2. Современные ракеты-носители зарубежных стран. Ракетно-космическая техника : учеб. пособие / М. Д. Евтифьев, Л. А. Ковригин, В. В. Кольга и др. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2010.

Решетневскце чтения

M. D. Evtifiev, A. S. Sukhanov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

DEVELOPMENT OF SPACE UPPER STAGE

This pater presents a report on open content analyses of development of space boosters of all countries, estimation of their demand at the present stage of development of rocket and space technology, as well as a comparison that shows which blocks have the best performance.

© Евтифьев М. Д., Суханов А. С., 2011

УДК 621.9.06.001

Л. В. Зверинцева, Г. В. Кочкина, В. В. Зверинцев, Е. Н. Колмагоров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОТЯГИВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Проведен анализ дефектов протягивания детали на предприятии, обозначены пути решения проблемы.

При нарезании эвольвентных шлицев в детали, изготовленной из жаропрочного сплава, возникли дефекты: зубья протяжки срезаны на шести рядах, седьмой ряд зубьев выломан (рис. 1). Другой дефект -заклинивание протяжек на образцах детали.

Для выявления причины произошедшего на предприятии были проведены измерения размеров, металлографический анализ, контроль твердости, исследования микроструктуры, химического состава материала протяжки и обрабатываемого материала [1].

Результаты исследований позволили сделать предварительные выводы: твердость протяжки не соответствует КД; красностойкость материала протяжки не соответствует требованиям НТД; на поверхности зубьев протяжки идет большой износ; на поверхности детали после протягивания наклеп, о чем свидетельствует различная твердость по высоте детали и твердость по боковым поверхностям; при протягивании зубья срезаны несимметрично.

Анализ конструкторской документации проведен по известным методикам, рассчитана и спроектирована протяжка. Конструктивные отличия следующие: в общей длине протяжки; в количестве режущих зубь-

ев; в параметрах режущих и калибрующих зубьев (переднем угле и шаге); переходные зубья на заводской протяжке отсутствуют; в спроектированной (заводской чертеж) и изготовленной протяжке, сломанной в процессе резания, задние углы различны и отличаются на +2.. .3°. Размер ленточки f по чертежу 0,05 мм на режущих, на 36 и 37 зубьях - 0,1 и 0,2 мм соответственно. По известным методикам [2; 3] на подобных протяжках ленточка не делается. Спроектирована 3Б-модель протяжки.

Маршрутный заводской технологический процесс на изготовление протяжки состоит из 45 операций: 8 из них токарные, 6 термические, 14 круглошлифо-вальные, 4 заточные, 7 контрольные, остальные -центрошлифованная, оптико-шлифовальная, шлице-шлифовальная, пескоструйная. Количество операций по заводскому технологическому процессу вдвое превышает количество рекомендованных при изготовлении шлицевых протяжек. Исследовать процесс протягивания обрабатываемой детали, изготовленной из сплава ХН59МВТКЮЛ, в цехе 14 не удалось вследствие либо нерабочего состояния протяжного станка, либо переноса сроков.