|
ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАКЕТНОЙ
КИСЛОРОДНО-ВОДОРОДНОЙ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Алексей Геннадиевич Яковлев, главный специалист КБХМ - филиала ФГУП ГКНПЦ им. М.В. Хруничева
Как известно, единственными российскими ракетными кислородно-водородными двигателями, находящимися в настоящий момент в эксплуатации, являются двигатели КВД1 (тяга 7,5 тс) и КВД1А (тяга 9,5 тс) разработки КБ химического машиностроения им. А.М. Исаева (Королев, Московская обл.), входящие в состав разгонного блока (РБ) 12КРБ, созданного в КБ "Салют" ГКНПЦ им. М.В. Хруничева (Москва) для индийской ракеты-носителя (РН) GSLV. Необходимость применения кислородно-водородного РБ была вызвана высокими требованиями (вывод на геостационарную орбиту полезной нагрузки массой около 2,2 т) к РН, имеющей ограниченные возможности первых двух ступеней индийского производства. Все четыре запуска РН с использованием двигателя КВД1 оказались успешными: GSLV-D1 (18 апреля 2001 г.), GSLV-D2 (8 мая 2003 г.), GSLV-F01 (20 сентября 2004 г.), GSLV-F04 (2 сентября 2007 г.). Индийская организация по исследованию космоса (ISRO) планирует провести в 2009 г. очередной запуск РН GSLV с использованием двигателя КВД1А.
Индийский космодром SDSC SHAR (Космический Центр им. С. Дхавана) расположен в 120 км к северу от города Ченнай (бывший Мадрас) на острове Шрихарихота (побережье Бенгальского залива). Климату этого региона присущи высокая температура и влажность, что обуславливает повышенное внимание к параметрам газовой среды в полостях кислородно-водородной двигательной установки (ДУ), так как одним из основных условий надежной работы криогенной ДУ является отсутствие влаги в ее полостях.
При проектировании ДУ за основу был взят принцип отделения ее полостей от полостей баков и окружающей среды. Поэтому в состав ДУ были введены специально разработанные элементы консервации (пиромембраны, пироклапаны, мембраны свободного прорыва и т. п.), позволяющие объединять полости ДУ с окружающей средой только при полете РН (т. е. вакуумировать полости). При этом было необходимо сохранять параметры среды в полостях ДУ на протяжении всей "достартовой жизни" изделия.
Для реализации этого требования по завершению изготовления РБ проводится замещение среды в полостях ДУ сухим гелием с избыточным давлением и контроль величины избыточного давления при транспортировке и хранении РБ.
Однако при подготовке РБ к запуску имеют место процедуры (вклейка заглушек в камеры сгорания, установка бортовых разъемных соединений и т. п.), при которых избыточное давление в полостях ДУ (консервационное давление) вынужденно сбрасывается, что может повлечь за собой проникновение влаги из окружающей среды и что, в свою очередь, вызывает необходимость повторного замещения среды.
Подготовка РБ к запуску делится на два этапа:
- подготовка на техническом комплексе (ТК);
- подготовка на стартовом комплексе (СК).
При работах на ТК изделие находится в зале, оборудованном системами кондиционирования воздуха, которые поддерживают нормальные температуру и влажность. Имеется возможность термовакуумной сушки (ТВС) полостей ДУ. Длительность пребывания РБ на ТК может составлять до двух месяцев. Ведется периодический контроль избыточного давления и влажности консервационного гелия. После проведения операций, предусматривающих сброс консервационного давления до давления окружающей среды, проводится процедура замещения среды в полостях ДУ с ТВС (циклически: вакуумирование с подогревом конструкции - наддув сухим гелием - сброс давления). Эта процедура проводится также при получении неудовлетворительного анализа консервационного гелия на влажность или при несанкционированном сбросе консервационного давления до давления окружающей среды. По окончании подготовки РБ на ТК транспортировка на СК разрешается только при наличии необходимой величины консервационного давления и получении удовлетворительного анализа на влажность. По мере накопления опыта в процессе эксплуатации РБ были разработаны и уточнены методики выполнения анализа, поддержания консервационного давления и т.п.
Разгонный блок устанавливается на РН в здании сборки и находится там до 20 суток. Контроль и поддержание требуемых параметров консервационного газа в полостях ДУ осложняется тем, что:
- температура и влажность окружающей среды здесь выше, чем на ТК;
- более ограничен доступ к РБ (точек доступа к полостям ДУ);
- нет возможности проведения ТВС.
Поэтому в здании сборки применяются технологии, отличные от используемых на ТК. В частности, реализуется цикл "наддув сухим гелием - выдержка - сброс давления" и продувки расходных магистралей ДУ. Технологии выполнения операций были также уточнены в процессе эксплуатации.
Заключительный этап подготовки - вывоз собранной РН к кабель-заправочной мачте и проведение предстартовых стыковок, проверок и т.п. в течение около 10 суток. РБ при этом находится под воздействием морского влажного воздуха круглые сутки, а днем его нагревает солнечное излучение. Поскольку системы РБ соединяются с системами кабель-заправочной мачты, технология замещения среды инертного газа, в основном сходная с технологией, применяемой в здании сборки РН, еще раз претерпевает некоторые изменения. После окончания подготовки РБ на СК заправка и запуск РН разрешается только при наличии необходимой величины консервационного давления и получении удовлетворительного анализа на влажность.
Таким образом, подготовка РБ 12КРБ к запуску в части контроля и поддержания параметров консервационного газа полостей ДУ в настоящее время проводится последовательно на трех рабочих местах с использованием двух отличающихся технологий. Четыре успешных пуска РН GSLV с 12КРБ подтвердили правильность и рациональность выработанных конструкторских и эксплуатационных принципов.
Отдельно хочется выразить сожаление о том, что российский двигатели КВД1 и КВД1А, используемые Индией, до сих пор не нашли применения в России.
Литература
1. Афанасьев И. Свободная дискуссия о пользе водорода, и не только... Новости космонавтики, № 13, 1998 г.
2. Афанасьев И. Звездочка для Индии. Новости космонавтики", № 1 и 2, 2000 г.
3. Афанасьев И. Звездочка для Индии: продолжение следует. Новости космонавтики, № 3, 2000 г.