Путешествие в космос - Авиационно-космические системы США

«Дельта» серии «3000», 1975—1989

После создания ракет «Дельта» серии «2000» NASA отказалось от дальнейшей модернизации семейства, предполагая после начала полетов МТКС «Спейс Шаттл» все свои грузы выводить с ее помощью.

Однако быстрое развитие систем космической связи значительно опережало работы по созданию МТКС. В стремлении улучшения характеристик спутников связи, масса и размеры которых все больше и больше увеличивались, их разработчики зачастую выходили за пределы возможностей имевшихся тогда средств выведения. В такой ситуации оказалась фирма «RCA Globecom», в начале 1970-х годов приступившая к проектированию спутников «Satcom» массой 900 кг на переходной орбите, что примерно на 30% превышало грузоподъемность последней модели «Дельт—2914» (применение же более тяжелых и дорогостоящих ракет «Атлас-Центавр» было признано нерентабельным).

В 1973 г. для решения возникшей проблемы компании RCA и «McDonnell Douglas» заключили соглашение о совместном Финансировании работ по созданию требуемой РН. Впервые в Истории американской космонавтики новая транспортная система, названная «Дельта—3914», создавалась на средства частновладельческих организаций (и это за десятилетие до при-нятия закона о коммерческих запусках).

Для обеспечения требуемой грузоподъемности на модели «3914» было решено использовать более мощные ТТУ «Кас-тор-4» с тягой 38,5 т. В связи с этим для снижения начальных перегрузок было решено старт ракет производить при пяти работающих ускорителях. Поскольку новые блоки имели большие габариты, чем предшествующие образцы (их высота составляла 11,2 м, а диаметр — 1 м), то основные доработки были связаны с модификацией узлов их крепления на РН. Общая стоимость модернизации была оценена в 7,5— 11 млн долл., из которых 3,75 млн долл. сразу же были представлены заказчиком — фирмой RCA.

Учитывая важность проекта, ход его выполнения контролировался NASA, и все работы велись в соответствии с применявшимися тогда техническими нормами и стандартами. Административно-управленческие функции NASA оплачивались компанией «McDonnell Douglas».

Ракета «Дельта» 3914, первый старт которой (со спутником «Satcom-1») был успешно произведен в коцце 1975 г., оказалась весьма удачной моделью. Это было вынуждено признать и NASA, вскоре согласившись использовать ее в своих программах. В течение последующих пятнадцати лет ракеты серии «3000» являлись основными средствами выведения спутников среднего класса массой до 1,3 т на переходной орбите (значение дано по самой мощной модели серии).

Индексация моделей серии «3000» была схожа с обозначением предыдущей. Впервой позиции всегда ставилась 3, означавшая использование первой ступени ELTT с двигателем RS-27 и стартовыми ускорителями «Кастор-4». Вторая — указывала количество ТТУ (при всех полетах использовался комплект из 9 изделий). Третья соответствовала типу ЖРД второй ступени: 1 — двигателю TR-201, 2 — новому двигателю AJ10-118K. Четвертая цифра определяла тип РДТТ третьей ступени: 0 — его отсутствие, 3 — двигатель ТЕ-364-3, 4 — двигатель ТЕ-364-4. На поздних модификациях ракет серии применялся новый твердотопливный разгонный блок РАМ, в этом случае его название непосредственно вносилось в обозначение модели.

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ РАКЕТА-НОСИТЕЛЬ «ДЕЛЬТА-3914»

Разработчик— «McDonnell Douglas».

Период разработки — 1973—1975 гг.

Период эксплуатации — 1975—1986 гг.

Стоимость запуска — 15 млн долл. (в ценах 1976 г.). Энергетические характеристики — 950 кг (переходная орбита), 2,6 т (круговая орбита высотой. 185 км — для двухступенчатой модели «3910»).

Стартовая масса — 193,5 т. Высота — 35,4 м.

Диаметр — 2,44 м.

Стартовые ускорители

Высота — 11,2 м.

Диаметр— 1,02 м.

Масса— 11т.

Двигатель — «Кастор-4» (ТХ-526).

Топливо — полибутадиен-акриловая кислота РВАА с 14%-ным содержанием алюминия.

Масса топлива — 9,26 т.

Давление (среднее) — 38,4 атм.

Тяга — 38,5 т (на уровне моря), 43,7 т (в вакууме).

Удельный импульс — 228,4 с.

Время работы— 54 с.

Первая ступень

Высота — 22,9 м.

Диаметр — 2,44 м.

Стартовая масса — 84,85 т.

Масса конструкции — 4,08 т.

Двигательная установка — RS-27.

Топливо — жидкий кислород и керосин.

Масса топлива — 79,7 т.

Тяга — 93,1 т (при запуске), 97 т (в вакууме).

Время работы — 228 с. Втораястудещ»

Высота — 5,9 м.

Диаметр — 1,39 м.

Стартовая масса — 6,1 т.

Масса конструкции — 1,1 т.

Двигатель — TR-201.

Топливо — азотный тетроксид и «Аэрозин-50».

Масса топлива — 5,04 т.

Тяга в вакууме — 4,6 т.

Третья ступень

Высота (без переходника полезного груза) — 1,83 м.

Диаметр —- 0,96 м.

Стартовая масса (без переходника полезного груза) — 1,12 т.

Двигатель — ТЕ-М-364-4.

Топливо — перхлорат аммония с углеводородным связующим и алюминием.

Масса топлива — 964—1039 кг.

Тяга в вакууме — 6,8 т (средняя), 8,2 т (максимальная).

Время работы — 43,6 с.

Частота вращения при стабилизации — 30—100 об/мин.

Мощность передатчика телеметрии — 2—8 Вт.

Головной обтекатель

Высота — 7,93 м.

Диаметр — 2,44 м.

Масса — 580 кг.

Полетное время сброса — 278 с.

В 1976 вследствие постоянного роста массы стационарных спутников связи компания «McDonnell Douglas» приступила к разработке новой верхней ступени, которая позволила бы доставлять на переходную орбиту аппараты массой 1,1т (долгие годы применявшиеся РДТТ серии ТЕ-М-364 уже не могли обеспечить подобную грузоподъемность). Но поскольку приближалась эпоха системы «Спейс Шаттл», перед проектантами была поставлена задача совместимости нового разгонного блока не только с ракетами «Дельта», но и с МТКС.

Новая верхняя ступень, названная PAM-D (Payload Assist Module-Delta — «Вспомогательный блок для полезных грузов класса «Дельта»), разрабатывалась на базе двигателя ТЕ-М-711 («Стар-48В») тягой 6,7 т и с удельным импульсом 292,1 с. Как и все модели серии «Стар», этот РДТТ имеет практически сферический корпус, выполненный из титанового сплава. Его диаметр составляет 1,24 м, длина — 2,03 м. В качестве топлива используется полибутадиен НТРВ с добавками алюминия. При общей массе двигателя 2,14 т масса топлива может варьироваться в пределах 1,76—2 т для работы в течение 84—87 с.

На ракете «Дельта—3910» блок РАМ монтируется вместе со столом закрутки на приборном отсеке второй ступени. Через 50 с после прекращения работы маршевого ЖРД второй ступени подается команда на включение небольших РДТТ, осуществляющих закрутку блока с КАдо скорости 30—110 об/мин. После разрыва пироболтов силовых связей разгонный блок отводится от второй ступени с помощью четырех пружинных толкателей.

Запуск маршевого РДТТ производится примерно на 20 мин полета. Для предотвращения нутационных колебаний на активном участке полета и перед отделением КА ступень РАМ оснащается системой их гашения, состоящей из датчика (од-ностепенного гироскопа) и гидразинных ЖРД малой тяги. Увод полезного груза от отработанного блока также обеспечивается пружинной системой — четыре толкателя с усилием по 90 кг сообщают выведенному объекту относительную скорость 0,6—2,4 м/с.

Первый полет ракеты «Дельта—3910/РАМ» состоялся в конце 1980 г.

Применяемый в составе МТКС «Спейс Шаттл» разгонный блок PAM-D имеет некоторые конструктивные особенности. В частности, из-за габаритных ограничений маршевый РДТТ оснащается укороченным на 20 см соплом. В отсеке полезного груза орбитального корабля блок PAM-D крепится в специальной люльке массой 1,1т. Общая масса сборки этой монтажной конструкции, оснащенной солнцезащитными створками, и верхней ступени с КА составляет 4,56 т.

Особенностью развертывания блока PAM-D на борту МТКС является использование электромоторов для его закрутки. При этом предусмотрена тормозная система на случай возникновения нештатной ситуации. После отделения блока с полезным грузом орбитальный корабль должен удалиться на безопасное расстояние, на что отводится примерно 45 мин, после чего подается команда на запуск РДТТ блока.

Для обеспечения запусков с борта МТКС более тяжелых аппаратов массой 1,8—1,9 т компания «McDonnell Douglas» разработала усовершенствованный вариант ступени — PAM-D2. В ее составе применялся двигатель «Orap-63D» с максимальной тягой 10,9 т. Основные системы этого блока были заимствованы с базового изделия; практически без изменений осталась и монтажная конструкция, хотя диаметр РДТТ был увеличен до 1,6 м. Общая масса сборки ступени с КА и люльки составила 7,23 т.

^{Вывод спутника с блоком PAM-D из отсека полезного груза корабля}

Габариты отсека полезного груза орбитального корабля допускают монтаж четырех типовых спутников с блоками РАМ. В 1985 г. было осуществлено два запуска МТКС «Спейс Шаттл», в ходе которых на их борту размещалось по три аппарата; в одном из этих полетов два спутника комплектовались ступенями PAM-D, а один моделью PAM-D2.

Разгонный блок PAM-D2 проектировался в основном для запусков с борта МТКС навигационных спутников «Навстар». Однако после утраты «Челленджера» эти планы были аннулированы. В целом данное изделие использовалось всего трижды — два раза в составе МТКС и один раз в качестве верхней ступени ракеты «Титан-3».

Следующая модель семейства «Дельта—3920» практически повторила судьбу предшественницы (вкл. 41). Отказавшись сначала от участия в проекте, NASA под давлением обстоятельств и Конгресса было вынуждено сделать заказ на новую РН. Отсрочки с вводом в эксплуатацию МТКС «Спейс Шаттл» и появление на международном рынке- консорциума «Arianespace» вынуждали владельцев КА все чаще обращаться к услугам последнего.

Кроме того, ряд правительственных грузов, например спутники наблюдения Земли «Лэндсат», должны были выводиться на полярные орбиты. Полеты же МТКС с Западного полигона могли начаться лишь в середине 1980-х годов, а имевшиеся в распоряжении РН не подходили по своей грузоподъемности. В итоге NASA пришлось возглавить проект, работы по которому шли уже полным ходом.

Для повышения энергетических характеристик ракета «Дельта—3910» должна была комплектоваться новой второй ступенью. Подходящий ракетный блок проектировался фирмами «McDonnell Douglas» и «Aerojet» для японской ракеты N-2 (первые японские РН создавались по американским лицензиям на базе блоков «Торад»).

Общие затраты на разработку новой модели «3920» были оценены в 7,5—9 млн долл. Но при этом один из потенциальных заказчиков — канадская компания Telesat высказала готовность оплатить около 20% требуемой суммы в расчете на использование трехступенчатого варианта ракеты «3920/РАМ» для выведения своих перспективных спутников массой 1,3 т.

Важными отличиями второй ступени модели «3920» были увеличенный до 1,7 м диаметр топливного отсека и новый маршевый двигатель AJ10-118K с тягой 4,38 т. Основной объем работ по созданию данной силовой установки был выполнен ВВС в рамках программы ITIP («Improved Transtage Injector Program»), предполагавшей усовершенствование форсуночной головки для ЖРД блока «Транстейдж» (их модифицированные варианты получили обозначение AJ10-138A).

Несмотря на существенное увеличение и массы и габаритов, схема крепления второй ступени на ракете «Дельта» осталась прежней — блок подвешивался в переходном отсеке на силовой мини-юбке. (Эта ступень в неизменном виде эксплуатируется до сих пор в составе ракет «Дельта-2» серии 7000.)

В ходе первого своего старта, осуществленного в июле 1982 г. с базы Ванденберг, двухступенчатая ракета «Дельта — 3920» вывела на полярную орбиту высотой 700 км спутник «Лэндсат-4» массой 1,94 т. Спустя месяц на стационарную орбиту моделью «3920/РАМ» был доставлен спутник связи «Аник-Dl» компании «Telesat».

С началом в 1982 г. коммерческих полетов европейских ракет «Ариан-1» грузоподъемностью 1,85 т на переходной орбите ситуация на рынке пусковых услуг существенно изменилась. Субсидируемый Европейским космическим агентством ESA консорциум «Arianespace» назначал достаточно низкие цены за выведение КА — 20—22 млн долл.

Хотя стоимость фрахта МТКС «Спейс Шаттл» для аналогичных по классу грузов была существенно ниже (около 9 млн долл., но без стоимости разгонного блока), низкая интенсивность полетов системы и, как следствие, длительный период ожидания запуска вынуждал постоянных клиентов NASA передавать свои аппараты европейскому консорциуму. Уже на первый год штатной эксплуатации ракет «Ариан» было запланировано четыре полета, на 1983 г. — пять, а в 1984 г. намечалось осуществить шесть стартов.

Потеряв монополию на коммерческие запуски, NASA изменило свое отношение к отечественным средствам выведения вообще, и к ракетам «Дельта» в частности. Так, например, между агентством и компанией «McDonnell Douglas» были проведены переговоры по вопросам согласования ценовой политики и повышения конкурентоспособности моделей семейства, поскольку в отличие от финансируемой правительством МТКС стоимость запуска ракет «Дельта» (25 млн долл.) определялась исходя из реальных трудозатрат.

Но самое главное: NASA увеличило объем заказов на ракеты «Дельта». В 1982—1987гг. планировалось осуществить, 47 стартов различных моделей семейства с максимальной частотой полетов — 11 в 1985 г. Для обеспечения столь интенсивной эксплуатации на м. Канаверал была проведена модернизация стартовой площадки LC-17B, не применявшейся с 1979 г. Теперь два стартовых комплекса позволяли проводить запуски ракет «Дельта» каждые пять недель.

Однако утвержденные планы были соблюдены лишь в первые два года проведением 7 и 8 стартов ракет «Дельта» соответственно. В 1984 г. NASA, окончательно сделав ставку на МТКС «Спейс Шаттл», приказало компании «McDonnell Douglas» прекратить производство РН семейства. В результате 1985 г. стал единственным за всю историю программы «Дельта» годом, когда не состоялось ни одного запуска этих ракет. Указанный год оказался знаменательным и для МТКС «Спейс Шаттл» — девять осуществленных тогда полетов до сих пор остаются предельным показателем интенсивности эксплуатации этой многоразовой системы.

Расплата за резкое увеличение частоты полетов МТКС, в 1984 г. совершившей всего 5 стартов, наступила в январе 1986 г. Срочное возобновление закупок РН стало условием скорейшего вывода из кризиса национальной космической программы.

Наибольшую активность в этом проявили ВВС, которые должны были в начале 1987 г. приступить к развертыванию навигационной системы GPS. Ракеты семейства «Дельта» считались наиболее подходящим средством выведения спутников «Навстар» — на восстановление производственных линий и доработку модели«3920/РАМ» для достижения необходимой грузоподъемности (840 кг на орбите высотой 19 600 км и наклонением 55°) требовалось примерно 14 месяцев. Таким образом, задержка с реализацией этой высокоприоритетной программы составила бы около полугода.

Тем не менее, учитывая неординарность.ситуации, ВВС приняли решение о проведении специального конкурса MLV (Medium Launch Vehicle — «Ракета-носитель среднего класса») с целью детального изучения различных вариантов транспортных систем требуемой грузоподъемности. Помимо фирмы «McDonnell Douglas» в конкурсе приняли участие компании «General Dynamics» с ракетами «Атлас-Центавр», «Martin Marietta» с ракетой «Титан-340» и объединение фирм «Hughes» и «Boeing», предложивших твердотопливную ракету, спроектированную на базе стартового ускорителя МТКС «Спейс Шаттл».

Результаты конкурса не стали сенсацией — победителем была признана компания «McDonnell Douglas». Условиями первого контракта стоимостью 316 млн долл., заключенного с нею в январе 1987 г., предусматривалась разработка и поставка семи РН «Дельта» модели 6925, первая из которых должна была стартовать в октябре 1988 г. Позднее объем заказа был увеличен до 20 изделий на общую сумму 680 млн долл.

Условиями заключенных контрактов оговаривалась высокая интенсивность эксплуатации ракет — каждый год требовалось запускать не менее четырех спутников «Навстар». При этом вероятность своевременного проведения старта должна была составить не менее 95%. За каждый успешный запуск назначалась премия в размере 3 млн долл. В случае успешной реализации программы в течение пяти лет (что и произошло в действительности) компания «McDonnell Douglas» могла получить еще 5 млн долл.

В то же время ВВС рассчитывали реализовать и более оптимистичный вариант — завершить развертывание системы GPS к 1992 г. В этом случае с учетом применения ракет «Дельта» в других программах, в том числе и коммерческих, частота полетов могла достичь 12—18 стартов в год. В связи с этим компании «McDonnell Douglas» также предстояло провести соответствующие работы по модернизации стартовых комплексов и по подготовке технического персонала.

<<<Назад Страница 122 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