Статья опубликована в рамках: XLIX Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 30 января 2017 г.)
Наука: Технические науки
Секция: Космос, Авиация
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
дипломов
Создание ракет-носителей легкого и тяжелого класса на базе РН «Зенит». Часть 1, РН тяжелого класса
В данной работе рассмотрены различные варианты компоновки ракета-носителя (РН) тяжелого класса на базе РН «Зенит».
Основной целью создание ракеты космического назначения (РКН) является обеспечение запуска космических аппаратов (КА) в рамках национальной космической программы Казахстана, международного сотрудничества и выполнение коммерческих запусков.
Предлагается создание РН тяжелого и легкого класса, которые бы смогли выполнять широкий круг задач по обеспечению запусков КА. Создаваемые РН должны использовать экологически чистые компоненты топлива для обеспечения минимального воздействия на окружающую среду. Создание РН предлагается осуществить на базе РН «Зенит» с использованием ее ступеней, узлов, агрегатов, технических решений и технологий. Использование при создании РН отработанных технических решений и изготавливающихся серийных компонентов сводит к минимуму коммерческие риски, затраты времени и финансов на создание и отработку РН, повышает их надежность.
Таблица 1.
Сравнительная характеристика различных вариантов компоновки для РН тяжелого класса
|
РКН с подвесными баками на первой ступени |
РКН с жидкостными ускорителями на первой ступени |
|
- имеет минимальный объём, сроки и стоимость работ, а также меньший технический риск; - использует только ранее используемые на РКН двигатели; - позволяет использовать существующие стартовый комплекс (СК), технический комплекс и транспортно-установочный агрегат (ТУА); - желательно выделение нового района падения первой ступени; - технологии для производства подвесных баков можно использовать при создании РКН легкого класса. |
- имеет более высокие энергетические характеристики (уровня РН «Протон–М»); - потребует применения на РКН дополнительных двигателей (на ускорителях); - потребует создание новых СК и ТУА; - необходимость в выделении нового района падения для первой ступени; - имеется возможность разработки на базе ускорителя первой ступени РКН легкого класса (в том числе с использованием существующей КГЧ) . |
РКН тяжелого класса создается на базе РН «Зенит» за счет оснащения первой ступени подвесными баками либо жидкостными ускорителями. Ракета выполняется в двухступенчатом варианте для обеспечения запусков тяжелых КА на низкие орбиты и в трехступенчатом варианте для обеспечения запусков КА на высокие орбиты, в том числе на геостационарную и отлетные траектории.
Первая ступень РН «Зенит» имеет минимальные доработки для оснащения ее подвесными баками или жидкостными ускорителями (см. таблицу 1). Баки или ускорители имеют новую конструкцию с максимальным использованием технических решений, узлов и агрегатов РН «Зенит».
Вторая ступень и космическая головная часть РКН могут быть заимствованы у РН «Зенит» без доработки. Для выведения КА на высокие орбиты РН может оснащаться разгонными блоками (РБ) ДМ-SLB или «Фрегат-СБ», используемыми в составе РКН семейства «Зенит».
РКН с подвесными баками
Подвесные баки диаметром 2400 мм размещаются на первой ступени РКН и вмещают 115 т топлива, расходуемого основным двигателем ступени. Для выведения на геостационарную орбиту в составе РКН могут использоваться разгонные блоки ДМ-SLB или «Фрегат-СБ» (рисунок 1 и 2). Основные характеристики РКН с подвесными баками представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Основные характеристики
|
Стартовая масса РКН, т |
В том числе топливо, т |
РБ ДМ-SLB, т |
«Фрегат-СБУ», т |
Масса выводимого полезного груза, т |
||
|
1 ступень |
2 ступень |
Hкр=200 км, i=51,4° |
ПГСО (4100*35786 км, i=23,2°) |
|||
|
590 |
420 |
82 |
15 |
12 |
17 (без РБ) |
4,8 (РБ ДМ-SLB) 5,1 (РБ «Фрегат-СБ») |
Рисунок 1. РКН с подвесными баками в составе РБ «Фрегат-СБ»
Рисунок 2. РКН с подвесными баками в составе РБ ДМ-SLB
РКН с жидкостными ускорителями
Двигатели центрального блока первой и второй ступени РКН тяжелого класса заимствуются с РН «Зенит».
В качестве двигателей жидкостных ускорителей первой ступени могут использоваться несколько существующих и перспективных двигателей [1]:
Таблица 3.
Параметры ЖРД
|
Двигатель для ускорителя |
Тяга двигателя, тс |
Удельный импульс, с |
Масса сухого двигателя, кг |
||
|
У земли |
В пустоте |
У земли |
В пустоте |
||
|
РД-801 |
120 |
133,55 |
301 |
335 |
1300 |
|
НК-33 |
154 |
175 |
297 |
331 |
1715 |
|
2*РД-120 |
159,2 |
178,4 |
300 |
336 |
2600 |
|
РД-80Х |
182 |
203,9 |
299 |
335 |
2500 |
Все жидкостные ракетные двигателя оснащены кардановым подвесом, обеспечивающим качание двигателя в двух плоскостях.
Предполагается использовать жидкостные ускорители диаметром 3 м (рисунок - 3). Запас топлива ускорителя отличается в зависимости от тяги используемых на них двигателей. Основные характеристики РКН с жидкостными ускорителями представлены в таблице 4.
Рисунок 3. РКН с жидкостными ускорителями
Таблица 4.
Основные характеристики
|
Стартовая масса РКН, т |
617-721 (614-720 без РБ) |
||
|
Топливо, т |
1 ступень |
2 ступень |
РБ |
|
460-554 |
82 |
15 |
|
|
Масса выводимого полезного груза, т |
Нкр=200 км, i= 51,4O |
ПГСО (i=23,2О) |
|
|
19-23 (без РБ) |
5,2-6,1 |
||
В данной работе был рассмотрен проект РН тяжёлого класса. Анализ проекта показал целесообразность модернизации РКН в одной из предложенных конструктивно-компоновочных схем. Проектирование РН тяжелого класса является выполнимой задачей, при минимальных затратах и изменениях в ракета-космическом комплексе «Зенит». Данный РН может стать экологически безопасной и технологически более совершенной заменой нынешнему РН тяжелого класса «Протон-М», с варьируемой в широком диапазоне полезной нагрузкой.
Список литературы:
- Алемасов В.Е. Теория ракетных двигателей: учеб. для вузов. – М.: Машиностроение, 1980.
- Сейдагалиев М. К., Илюшенко Н. А. Проект ракеты-носителя «Феникс» с четырьмя ускорителями типа универсальный ракетный модуль - 1 // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. XLIVмеждунар. студ. науч.-практ. конф.
дипломов
Оставить комментарий