Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США

Ступень «Аджена»

Осенью 1956 г. аэрокосмическое отделение основанной в 1916 г. компании «Lockheed»— фирма «Lockheed Missiles Systems» получила от ВВС заказ на разработку нескольких типов разведывательных спутников. Отличительной особенностью проектировавшихся аппаратов стало то, что для их стабилизации и выполнения маневров в автономном полете было решено использовать верхнюю ступень РН, с помощью которой их предполагалось доставлять на рабочую орбиту. В связи с высокой степенью интеграции с КА создание универсального ракетного блока также было поручено головному исполнителю программы.

Компания «Lockheed» успешно справилась с поставленной задачей — разгонная ступень, названная «Аджена» (Agena — звезда в созвездии «Центавра»), была разработана и подготовлена к эксплуатации за два с половиной года. Первый полет ступени «Аджена-А» состоялся в составе ракеты «Тор» в феврале 1959 г. В ходе осуществленного с территории Западного полигона старта на полярную орбиту был выведен первый спутник серии «Дискаверер» с целевым оборудованием массой 136 кг. Эти аппараты стали основными грузами ракеты данной модели, которая применялась до 1961 г.

Сборка ступени «Аджена-А» и спутника «Дискаверер» общей массой 770 кг (после выведения на орбиту) имела длину 5,9 м и диаметр — 1,52 м. В носовой части размещалась спускаемая капсула, предназначенная для возвращения на Землю фотоснимков. Ее высота составляла 0,7 м, а диаметр — 0,84 м. Штатная схема спасения спускавшейся на парашютах капсулы предполагала ее захват в воздухе с борта самолета. Однако в большинстве случаев, по крайней мере в первые годы эксплуатации спутников «Дискаверер», возвращение капсулы производилось уже с поверхности океана.

Ступень «Аджена» оснащалась инерциальной системой наведения, основными элементами которой были три позиционных гироскопа и три акселерометра. Кроме того, в составе системы использовался инфракрасный датчик горизонта. Маневрирование на орбите осуществлялось с помощью поворотного маршевого ЖРД ступени. Точную ориентацию блока при проведении съемки и перед отделением капсулы обеспечивали газовые реактивные сопла, которые также применялись для управления ступенью по крену на активном участке полета.

Силовая установка ступени «Аджена» была спроектирована фирмой «Bell Aircraft» на базе ЖРД, предлагавшегося для ракетного вооружения бомбардировщика В-58 «Хастлер». Поэтому в публикациях и книгах тех лет РН, оснащенные блоком «Аджена», иногда называются «Тор-Хастлер» или «Атлас-Хастлер».

В качестве компонентов топлива первая модель двигательной установки ступени «Аджена» использовала красную дымящую азотную кислоту и керосин JP-4. Их подача из подвесных баков осуществлялась турбонасосным агрегатом. При запасе топлива 2,9 т маршевый ЖРД тягой 6,8 т, имевший обозначение «8001», работал в течение 120 с.

^{Двигатель ступени «Аджена»}

Двигатель «8001» использовался лишь непродолжительное время. В течение года фирма Bell подготовила усовершенствованный вариант изделия модели «8048» (по военной классификации ЖРД ступени «Аджена» были отнесены к серии XLR-81-BA). Основными отличиями этой установки стало более эффективное горючее — НДМГ.

Применение новой пары компонентов, являвшихся токсичными веществами, несколько осложнило работы по предстартовой подготовке ступени. Однако их свойство самовоспламенения при контакте друг с другом существенно упростило систему запуска ЖРД и, как следствие, создало предпосылки для обеспечения возможностей его повторного включения в условиях космического полета.

Эта идея была реализована сначала в опытной модели «8081», а затем в штатном двигателе «8096» (позднее последнее обозначение, как типовое, стало применяться для нескольких модификаций ЖРД). Созданная для ступени «Аджена-В» силовая установка «8096» значительно расширила возможности по маневрированию спутников на орбите, что особенно важно для разведывательных аппаратов. (Конструктивно повторный запуск ЖРД был реализован путем установки второго пиротехнического стартера, продукты горения которого производили раскрутку турбины ТНА.)

Кроме того, двигатель «8096» оснащался удлиненным соплом со степенью расширения 45:1 (прежнее значение было 15:1). Для упрощения конструкции охлаждение соплового насадка не предусматривалось — изготовленный из титана с внешним силовым набором из молибдена он выдерживал температуры до 1100 °С. В результате выполненных доработок тяга ЖРД возросла до 7,2 т, а удельный импульс — до 292 с.

Другой важной особенностью ступени «Аджена-В» стало радикальное изменение конструкции топливного отсека. Во-первых, баки стали несущими элементами, что позволило снизить «сухую» массу блока, и, во-вторых, был увеличен их полезный объем (вместительность бака НДМГ составила примерно 2100 л, а бака азотной кислоты — 2800 л). За счет увеличения бортового запаса топлива с 3,8 т до 7,7 т продолжительность работы маршевого двигателя ступени возросла до 240 с.

В итоге грузоподъемность ракет «Тор-Аджена-В» при запусках на полярные орбиты достигла 950 кг, а ракет «Атлас-Аджена-В» —- до 2,4 т.

Высокие энергетические характеристики последней транспортной системы привлекли внимание NASA, которое стало активно ее использовать для запусков межпланетных КА серий «Рейнджер» массой 370 кг (к Луне) и «Маринер» массой около 200 кг (к Венере и Марсу).

Некоторым недостатком ступеней «Аджена-А» и «Аджена-В» считались сложности с настройкой бортовых систем в соответствии с требованиями конкретного полезного груза. Данная проблема в значительной степени была решена при создании модели «Аджена-D», отличавшейся блочной компоновкой оборудования, универсальными переходником и элементами сопряжения с выводимыми объектами.

Кроме того, ступень «Аджена-D» имела облегченную силовую конструкцию (за счет широкого применения бериллия), новую систему опорожнения баков и, конечно, усовершенствованный маршевый двигатель модели «8247», допускавший многократные (до 15 раз) включения.

Для этого потребовалась новая система запуска ЖРД. Вместо пиропатронов было предложено установить в магистралях питания газогенератора по одной емкости для каждого компонента. Эти пусковые бачки комплектовались поршневым насосом и баллоном со сжатым азотом для его привода. При повторном запуске двигателя срабатывали пневмонасосы, которые подавали компоненты из бачков в газогенератор, там происходило их воспламенение, и продукты горения раскручивали турбину ТНА. В процессе работы ЖРД в пусковые бачки отводились новые порции компонентов, необходимые для последующего запуска.

В целях расширения возможностей по орбитальному маневрированию на ступени «Аджена-D» стала применяться вспомогательная силовая установка «8250», состоящая из двух блоков с двумя двигателями тягой 90 кг и 7,3 кг в каждом (первые из них предназначались непосредственно для изменения параметров орбиты, вторые — для осадки топлива перед запуском основного ЖРД). Диаметрально расположенные на хвостовом отсеке блоки комплектовались собственными топливными емкостями с вытеснительной системой подачи.

Активным участником разработки ступени «Аджена-D» стало NASA, которое на ее основе спроектировало мишени для стыковки пилотируемых кораблей «Джемини». При реализации этого проекта, являвшегося подготовительным этапом «лунной программы», использовалось шесть блоков «Аджена», два из которых были утрачены при запусках ракетами «Атлас». Пилотируемые корабли выводились модифицированными МБР «Титан-2».

Первая в истории космонавтики орбитальная стыковка двух КА была проведена в марте 1966 г. в ходе полета корабля «Дже-мини-8». Сближение и непосредственная стыковка выполнялись Нилом Армстронгом (1930 г.р.), спустя три года первым ступившим на поверхность Луны.

В ряде полетов по программе «Джемини» ступени «Аджена» использовались в качестве межорбитальных буксиров, обеспечивая после стыковки с кораблем его транспортировку на более высокую орбиту и обратно. Наиболее примечательным в этом отношении стал полет «Джемини-11», в ходе которого ступень доставила пилотируемый корабль на орбиту с рекордной для того времени высотой апогея — 1360 км. При этом число включений основного двигателя блока достигло 8 запусков.

В отличие от программ NASA использование ступеней «Аджена» в военных целях всячески затенялось. Что, впрочем, неудивительно — этот разгонный блок создавался исключительно для запусков секретных спутников. В связи с этим данные о дальнейшем развитии этого весьма примечательного проекта скудны и отрывочны.

Известно, что весной 1967 г. Командование космических систем ВВС заключило с компанией «Lockheed» контракт на разработку усовершенствованного варианта ступени « Аджена-D» с новым ЖРД модели «8533». Среди особенностей этой силовой установки, которая должна была качественно отличаться от предшественников, называлось применение более энергоемких и менее агрессивных компонентов топлива.

Одним из известных результатов подобных работ стало использование на ступенях «Аджена» нового окислителя HDA (High Density Acid — кислота повышенной плотности), представлявшего собой 44%-ный раствор четырехокиси азота в ингибированной красной дымящей азотной кислоте. Кроме того, в горючее (НДМГ) стали добавлять силиконовое масло, пРодукты горения которого в пристеночном слое снижали тепловые потоки к корпусу ЖРД. За счет применения новых компонентов тяга двигателя, позднее названного как «8096—39», Увеличилась до 7,7 т, а удельный импульс — до 300 с. В комплектации с таким ЖРД модернизированная ступень под названием «Восходящая Аджена» применялась в составе ракет «Титан-34В» в 1971—1987 гг.

В общей сложности за 29 лет эксплуатации ступень «Аджена» использовалась в 362 космических полетах. Процент безотказных пусков этого разгонного блока составила 93%.

Позднее предпринимались неоднократные попытки модернизации как ступени «Аджена», так и ее силовой установки. Сначала изучались варианты использования на двигателе «8096—39» удлиненного сопла со степенью расширения 75:1. Стендовые испытания экспериментального изделия показали возможность увеличения удельнбго импульса до 312 с.

Затем были подготовлены проекты двух ЖРД, работавших на четырехокиси азота и монометилгидразине с добавкой силиконового масла. Эти двигатели тягой 7,2 т и 5,4 т, отличавшиеся степенью расширения сопла 150:1 и" 250:1, имели показатели удельного импульса 328 с и 336 с соответственно. Несмотря на незначительную тягу, последний ЖРД «8096С» представлялся наиболее предпочтительным вариантом комплектации перспективных верхних ступеней ракет среднего и тяжелого классов, а также разгонных блоков, которые планировалось применять в составе МТКС «Спейс Шаттл».

В целях сокращения стоимости проекта ряд элементов новой силовой установки было решено оставить без изменений (в первую очередь это относится к ТНА, который требует продолжительной и дорогостоящей отработки). Наибольшим переделкам подверглась конструкция самого ЖРД. Во-первых, были уменьшены размеры камеры сгорания, диаметр и длина которой теперь определялись 20,3 см и 66 см соответственно (габариты прежнего изделия были 26,7 см и 96,5 см); при этом рабочее давление в камере увеличилось до 52,8 кг/см2. И, во-вторых, двигатель, масса которого составила 84,3 кг, оснащался развертываемым сопловым насадком, изготовленным из ниобия.

Тем не менее ни в середине 1980-х годов, ни десятилетие спустя, когда компания «Lockheed Martin» предлагала комплектовать ракеты «Атлас-5» модифицированной ступенью «Аджена», этот проект оказался невостребованным.

<<<Назад Страница 78 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz