Статья опубликована в рамках: CII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 10 июня 2021 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Космос, Авиация

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:

Шобдиров Б.Т. ВЫБОР РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ ТЯЖЕЛОГО КЛАССА ДЛЯ ВЫВОДА ПОЛЕЗНОГО ГРУЗА НА ГЕОПЕРЕХОДНУЮ ОРБИТУ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. CII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 6(101). URL: https://sibac.info/archive/technic/6(101).pdf (дата обращения: 18.12.2024)

Проголосовать за статью

Конференция завершена

Эта статья набрала 0 голосов

Дипломы участников

У данной статьи нет
дипломов

ВЫБОР РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ ТЯЖЕЛОГО КЛАССА ДЛЯ ВЫВОДА ПОЛЕЗНОГО ГРУЗА НА ГЕОПЕРЕХОДНУЮ ОРБИТУ

Шобдиров Бейбарыс Талгатович

студент, кафедра КиИЛА, филиал «Восход» Московского авиационного института,

РФ, г. Байконур

Шестопалова Ольга Львовна

научный руководитель,

канд. техн. наук, доц. филиала «Восход», Московского авиационного института,

РФ, г. Байконур

Данная работа направлена на определение наиболее предпочтительного варианта ракеты-носителя тяжелого класса для вывода полезной нагрузки большей массы.

Тяжёлая ракета-носитель — класс ракет-носителей (РН), способных выводить на низкую околоземную орбиту (НОО) от 20 до 50 тонн [1].

1) РН «Протон-М»

РН «Протон» - ракета-носитель (РН) тяжёлого класса, предназначенная для выведения автоматических космических аппаратов на орбиту Земли и далее в космическое пространство. Способна выводить на геостационарную орбиту (ГСО) грузы до 3,3 т. Разработана в 1961—1967 годах в подразделении ОКБ-23 (ныне ГКНПЦ имени М. В. Хруничева), являвшемся частью ОКБ-52 В. Н. Челомея [2].

2) РН «Чанчжэн-5»

РН «Чанчжэн-5» — китайская РН тяжелого класса семейства Чанчжэн, разработанная Исследовательским институтом ракетной техники Китайского объединения космических технологий. Третий представитель (после «Чанчжэн-6» и «Чанчжэн-7») новой линейки китайских ракет-носителей, использующий экологически чистое ракетное топливо: жидкий водород, жидкий кислород и керосин. Это серийная универсальная многоступенчатая ракета, способная доставлять на орбиту грузы массой до 25 тонн [5].

3) РН Falcon 9 FT

Falcon 9 FT — ракета-носитель тяжёлого класса серии Falcon американской компании SpaceX. Falcon 9 FT состоит из двух ступеней и использует в качестве компонентов топлива керосин марки RP-1 и жидкий кислород [3].

4) РН «Ариан-5 ES»

«Ариан-5 ES» - европейская одноразовая тяжёлая ракета-носитель семейства Ариан, предназначена для выведения полезной нагрузки на низкую опорную орбиту (НОО) или геопереходную орбиту (ГПО). Производится Европейским космическим агентством (ЕКА), основной подрядчик — European Astrium Space Transportation (EADS) [3].

Необходимо провести анализ оценочных показателей (характеристик) ракет-носителей (РН) и выбрать РН, исходя из характеристик, приведенных в таблице. [2, 4, 5, 6]

Таблица 1.

Характеристики ракета-носителей

Ракета-носители	Стартовая масса, т	Масса полезного груза на ГПО, т	Длина, м	Надёжность, %	Тяга двигателя на первой ступени, кН	Стоимость, млн. дол.	Удельный импульс на первой ступени, с
«Протон-М»	705	7,1	58,2	90	10026	70	228
Falcon 9 FT	549	8,3	70	100	8227	62	311
«Чанчжэн-5»	867	14	57	80	1400	163	426
«Ариан-5 ES»	777	6,1	52	100	1390	170	432

В данной работе максимум предпочтения отдается массе выводимой полезной нагрузки и энергетическим характеристикам представленных ракета-носителей тяжелого класса. Однако, в случае смены приоритетных характеристик оптимальное значение может смениться в пользу другого типа, с наибольшими параметрами, соотносящимися с максимальным возможным значением в приоритете.

Ниже приведена сводная таблица весовых коэффициентов характеристик, вычисленных методами ранжирования, балльных оценок, допустимых относительных отклонений, попарных приоритетов.

Таблица 2.

Сводная таблица весовых коэффициентов характеристик

Методы задания предпочтении	Стартовая масса	Масса полезного груза на ГПО	Длина	Надёжность	Тяга двигателя на первой ступени	Стоимость	Удельный импульс на первой ступени	Сумма
Метод ранжирования	0,170	0,125	0,089	0,170	0,223	0,134	0,089	1
Метод балльных оценок	0,156	0,120	0,109	0,174	0,193	0,124	0,123	1
Метод относительных отклонений	0,134	0,168	0,160	0,132	0,131	0,136	0,138	1
Метод попарных приоритетов	0,155	0,144	0,109	0,155	0,192	0,123	0,123	1
Сумма	0,615	0,557	0,467	0,631	0,739	0,517	0,473	4

Среднее значение весовых коэффициентов:

;

Определим максимум каждого локального критерия.

Таблица 3.

Характеристики разгонных блоков с определенными максимальными элементами

Ракета-носители	Стартовая масса, т	Масса полезного груза на ГПО, т	Длина, м	Надёжность, %	Тяга двигателя на первой ступени, кН	Стоимость, млн. дол.	Удельный импульс на первой ступени, с
«Протон-М»	705	7,1	58,2	90	10026	70	228
Falcon 9 FT	549	8,3	70	100	8227	62	311
«Чанчжэн-5»	867	14	57	80	1400	163	426
«Ариан-5 ES»	777	6,1	52	90	1390	170	432

, ; ; ; ; .

При решении задачи максимизируются второй, четвертый, пятый, седьмой критерии (масса полезного груза на ГПО, надёжность, тяга двигателя на первой ступени, удельный импульс на первой ступени), а первый, третий, шестой критерии (стартовая масса, длина, стоимость) минимизируются.

Таблица 4.

Нормализованные характеристики разгонных блоков

Ракета-носители	Стартовая масса, т	Масса полезного груза на ГПО, т	Длина, м	Надёжность, %	Тяга двигателя на первой ступени, кН	Стоимость, млн. дол.	Удельный импульс на первой ступени, с
«Протон-М»	0,187	0,507	0,169	0,9	1,000	0,588	0,528
Falcon 9 FT	0,367	0,593	0,000	1	0,821	0,635	0,720
«Чанчжэн-5»	0,000	1,000	0,186	0,8	0,140	0,041	0,986
«Ариан-5 ES»	0,104	0,436	0,257	1	0,139	0	1

Определим обобщенную функцию цели по каждому варианту техники:

; ; ; .

Наиболее полно удовлетворяет заданным предпочтениям группы экспертов ракета-носитель «Протон-М», т.к. F_max = F₁ = 0,594. Основные характеристики «Протон-М» представлены в таблице 5.

Таблица 5.

Характеристики ракета-носителя тяжелого класса «Протон-М»

Ракета-носитель	Стартовая масса, т	Масса полезного груза на ГПО, т	Длина, м	Надёжность, %	Тяга двигателя на первой ступени, кН	Стоимость, млн. дол.	Удельный импульс на первой ступени, с
«Протон-М»	705	7,1	58,2	90	10026	70	228

В ходе данной работы было выбрано четыре ракета-носителя тяжелого класса, среди которых с помощью данного метода был определен наиболее полно удовлетворяющий заданным предпочтениям группы экспертов: «Протон-М», так как F_max = F₁ = 0,594. Ракета-носитель «Протон-М» является наиболее полно удовлетворяющим требованием по совокупности характеристик из четырех ракета-носителей, потому что может выводить больше полезного груза, имеет высокую надежность, а также имеет большую тягу двигателя и удельный импульс.

Список литературы:

Технологические объекты наземной инфраструктуры ракетно-космической техники. Книга 2 / Под ред. И.В. Бармина. – М.: Изд-во Полиграфикс РПК, 2006
Ракета-носители. Проекты и реальность. Ракеты-носители России и Украины. Книга 1 / Под ред. В. Н. Блинов. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011
Ракета-носители. Проекты и реальность. Зарубежные ракеты-носители. Книга 2 / Под ред. В. Н. Блинов. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011
https://ru.wikipedia.org/wiki/Falcon_9
https://ru.wikipedia.org/wiki/Чанчжэн-5
https://ru.wikipedia.org/wiki/Ариан-5ES