Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США

Ракеты «Атлас-Центавр» (Часть 5)

Во многих отношениях проект «Атлас-2АS» стал этапным событием не только для компании «General Dynamics», но и для всей аэрокосмической промышленности. Во-первых, на международном рынке пусковых услуг появилась американская транспортная система, способная конкурировать с большинством моделей ракет «Ариан». Во-вторых, успешное начало эксплуатации ракеты «Атлас-2АS» завершило период интенсивных работ по модернизации семейства «Атлас-Центавр». Четыре новые модели, введенные в эксплуатацию в четыре года, без сомнения, можно назвать значительным производственным и коммерческим достижением компании «General Dynamics». И, в-третьих, модель «Атлас-2Ав» оказалась последней РН, созданной под маркой «General Dynamics», — в 1994 г. аэрокосмическое подразделение Space Systems корпорации «General Dynamics», выпускавшее ракеты «Атлас» и ступени «Центавр», было приобретено компанией «Martin Marietta».

Данная сделка стоимостью 208 млн долл. качественно изменила сйтуацию на американском рынке средств выведения: с тех пор два из трех основных семейств ракет-носителей («Атлас» и «Титан») эксплуатируются одной организации.

За счет укрупнения компании повышают свою конкурентоспособность. После слияния в 1995 г. фирм «Martin Marietta» и «Lockheed» владельцем ракет «Атлас», «Титан» и «Афина» стала корпорация «Lockheed Martin».

Поскольку умеренные доработки уже не обеспечивали существенного улучшения энергетических характеристик ракет «Атлас», то новообразованная компания сразу же приступила к изучению возможностей качественной модернизации моделей этого семейства.

Основное внимание специалистов уделялось вариантам замены силовой установки первой ступени, полутораступенча-тая схема которой давно стала морально и технически устаревшей. Среди требований, которые были предъявлены к новым двигателям, назывались простота конструкции, низкая стоимость изготовления, незначительные доработки ступени «Атлас» и другие.

В объявленном конкурсе помимо фирмы «Rocketdyne» — разработчика ЖРД для всех моделей «Атлас» — приняли участие еще две компании, причем каждая из них предложила использовать на будущих РН российские двигатели.

Фирма «Rocketdyne» подготовила проект силовой установки MA-5D, состоящей из двух ЖРД тягой по 195 т в вакууме и общей массой 3,66 т.

В рамках соглашения, заключенного в 1993 г. с самарским предприятием «Труд», фирма «Aerojet» занимается маркетингом двигателей НК-33, созданных в 1960-х годах для советской ракеты-носителя Н-1. На ракетах «Атлас» ею предлагалось использовать два таких ЖРД, тяга каждого из которых составляет 197 т в вакууме, а масса — 1,36 т.

Схожее соглашение с другой российской организацией — НПО «Энергомаш» имеет и компания «Pratt and Whitney». Несмотря на широкую номенклатуру продукции российского предприятия, наибольшее внимание американцев привлек проект двухкамерного двигателя РД-180 тягой до 423 т в вакууме и массой 4,37 т.

По итогам конкурса, проведенного компанией «Lockheed Martin», наилучшим был признан последний вариант. И фирма «Pratt and Whitney» получила контракт на поставки ЖРД для будущих ракет «Атлас-3».

Двигатель РД-180 был создан на базе четырехкамерной силовой установки РД-170 тягой 806 т, используемой в настоящее время на первой ступени ракеты «Зенит» (изначально же эта установка проектировалась для стартовых ускорителей сверхтяжелой транспортной системы «Энергия», — см. вкл. 44). Наличие действующих сборочных линий явилось одним из преимуществ этого ЖРД перед другими конкурентами (производство двигателей НК-33 давно прекращено, около ста пригодных к эксплуатации изделий находятся в законсервированном состоянии в России, а для выпуска двигателей MA-5D требовалась организация практически нового производства).

Двигатель РД-180 работает по замкнутой схеме с дожиганием газогенераторного газа с избытком окислителя. Одноваль-ный ТНА представляет собой сборку турбины и насоса окислителя с двухступенчатым насосом горючего. Бескавитацион-ную работу ТНА обеспечивают бустерные насосы. Для охлаждения камер сгорания и сопел применен регенеративный метод; в качестве охладителя используется горючее. Каждая из камер ЖРД закреплена в карданных узлах, допускающих их качание в пределах ±8°.

Поскольку в отличие от установки МА-5А двигатель РД-180 работает при ином соотношении компонентов топлива (2,72 против прежнего 2,27), то потребовалось увеличить бортовой запас окислителя. Это привело к удлинению топливного бака компонента на 2,6 м.

В целом затраты на разработку и адаптацию двигателя РД-180к ракете «Атлас-3» составили около 100 млн долл. (из 300 млн долл., израсходованных на весь проект). Для организации закупок российских ЖРД компания «Pratt and Whitney» и НПО «Энергомаш» образовали совместное предприятие «RD-Amross». Подписанные этой фирмой с российской стороной контракты предусматривают поставки 101 двигателя на сумму около 1 млрд долл.

По своей мощности двигатель РД-180 превосходит характеристики силовой установки первой ступени и стартовых ускорителей модели «Атлас-2Ав», вместе взятых. Несмотря на существенно меньшую продолжительность работы этого ЖРД (180 с против 280 с, как у установки МА-5А), скорость и высота полета ракеты «Атлас-3» в момент отделения первой ступени значительно выше, чем у указанной модели. За счет этого представилась возможность использования на ракете «Атлас-ЗА» облегченной ступени «Центавр» с одним маршевым двигателем RL-10A-4.

Подобная комплектация не только расширила возможности по экономичному выведению грузов (ибо вариант применения верхней ступени с двумя ЖРД по-прежнему остался рабочим), но и позволила существенно упростить конструкцию новой РН: вместо девяти двигателей, использовавшихся на предшествующем изделии, она комплектуется двумя; общее же число ее сборочных элементов снизилось на 15 тыс.

Но даже и в этой «упрощенной» конфигурации грузоподъемность ракеты «Атлас-ЗА» со стартовой массой 243 т превысила показатели модели «Атлас-2А8» более чем на 300 кг и достигла 4 т на переходной орбите.

Отличительной особенностью двигателя РД-180 является широкий диапазон дросселирования тяги: 40—105% от номинального значения. Такие возможности позволяют в оптимальном (по перегрузкам) режиме производить выведение КА. Более того, при расчетном режиме полета ракеты «Атлас-3» максимальная тяга ЖРД не превышает 85—90%.

Для ракеты «Атлас-ЗА» рассчитана следующая типовая схема полета:

Т=0 — старт ракеты при уровне тяги первой ступени 75%;

Т+4,8с — увеличение тяги маршевого двигателя до 85%;

Т+13 с — начало разворота по тангажу;

Т+32,4с — нулевой угол атаки;

Т+44,2 с — снижение тяги ЖРД до 61% перед участком максимальных аэродинамических нагрузок;

Т+67,6 с — увеличение тяги до штатного режима (85%);
Т+148с — этап максимальных перегрузок (до 5g), начало постепенного снижения тяги;

Т+185с— прекращение работы первой ступени и ее отделение;

Т+200 с — первое включение ступени «Центавр»;

Т+210 с — сброс головного обтекателя;

Т+760,2 с — останов маршевого ЖРД ступени;

Т+1450 с — повторное включение ступени «Центавр»;

Т+1625,Зс — прекращение работы ступени.

Первый старт ракеты «Ат-лас-ЗА» со штатным спутником связи был успешно осуществлен в мае 2000 г. По словам представителей компании «Lockheed Martin», несмотря на то что затраты на проведение полета превысили 100 млн Долл., средняя цена на эти РН Для коммерческих заказчиков составит около 85 млн долл.

Запуски ракет «Атлас-3» на м. Канаверал производятся с модернизированной стартовой площадки LC-36B; расположенный рядом комплекс LC-36A до 2004 г. использовался для полетов моделей «Атлас-2А». Поскольку в сравнении с последними ракета «Атлас-3» имеет большую высоту (52 м), то наибольший объем работ на площадке 36В был связан с усовершенствованием передвижной башни обслуживания, высота которой была увеличена с 64 м до 75 м при общей массе 1800 т. Несмотря на это, разработчикам удалось на 380 м2 уменьшить площадь внешней поверхности башни. За счет такого снижения «парусности» стало возможным увеличить допустимые ветровые нагрузки при проведении предстартовых операций теперь эти работы можно выполнять при скорости ветра 54 км/ч, тогда как ранее этот показатель определялся 47 км/ч.

^{Старт ракеты «Атлас-3»}

Кроме того, при неблагоприятных метеорологических условиях башня обслуживания может находиться на пусковой площадке практически до момента старта РН, выполняя тем самым роль защитного экрана. При этом даже допускается проведение заправки ракеты топливом. В таких случаях отвод башни от пускового устройства можно осуществлять за 20 мин до запуска.

Отличительной особенностью выполненных за три года на стартовом комплексе работ стало то, что они проводилась без прекращения полетов РН. Строительно-монтажные операции на площадке приостанавливались лишь с началом предстартового отсчета и возобновлялись спустя 2-3 часа после запуска.

В феврале 2002 г. со стартовой площадки 36В был произведен первый запуск ракеты «Атлас-ЗВ», основным отличием которой стала ступень «Центавр» с двумя маршевыми двигателями RL-10A-4-1B. Энергетические характеристики блока также были улучены за счет удлинения топливного отсека на 1,7 м. За счет этого возможности ракеты «Атлас-ЗВ» по выведению грузов на переходную орбиту по сравнению с базовым изделием возросли с 4 до 4,5 т; стартовая же масса модели составила 246 т, а высота — 53,7 м.

В ходе осуществленного полета продолжительность работы ступени «Центавр» существенно сократилась: после отделения первой ступени блок проработал 5 мин и вышел на опорную орбиту 182 х 190 км. Затем после пассивного участка длительностью около 15 мин последовало повторное двухминутное включение маршевых ЖРД. Отделение полезного груза произошло на 28 мин после старта.

<<<Назад Страница 88 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