Настоящая статья посвящена описанию модели обеспечения готовности технологического оборудования ракетно-космических комплексов к целевому применению с учетом стоимости выбранной стратегии пополнения ЗИП. Обосновывается задача определения совокупности оптимальных стратегий пополнения элементов ЗИП каждой номенклатуры по критерию «готовность – стоимость» с учетом параметров безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости. Для решения оптимизационной задачи анализируются известные модели обоснования требований к системам обеспечения запасами, которые основаны на методах расчета их оптимальной структуры, номенклатуры и количества элементов ЗИП, а также периодичность пополнения конкретной номенклатуры ЗИП. Предлагаемая модель позволяет определять величину затрат на реализацию стратегии пополнения элементов ЗИП одной номенклатуры в течение назначенного срока службы оборудования на основе использования критерия «готовность – стоимость» и учитывает параметры безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости этого оборудования. В статье приводится пример применения моделей для выбора оптимальных стратегий пополнения комплекта ЗИП агрегата заправки.
модель обеспечения готовности
ресурсоемкость эксплуатационных процессов
системы обеспечения запасами
коэффициент готовности
1. Бояршинов С.Н., Дьяков А.Н., Решетников Д.В. Моделирование системы поддержания работоспособного состояния сложных технических систем // Вооружение и экономика. – М.: Региональная общественная организация «Академия проблем военной экономики и финансов», 2016. – № 3 (36). – С. 35–43.
2. Волков Л.И. Управление эксплуатацией летательных комплексов: учеб. пособие для втузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1987. – 400 с.
3. Дьяков А.Н. Модель процесса поддержания готовности технологического оборудования с обслуживанием после отказа // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. Вып. 651. Под общ. ред. Ю.В. Кулешова. – СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2016. – 272 с.
4. Кокарев А.С., Марченко М.А., Пачин А.В. Разработка комплексной программы повышения ремонтопригодности сложных технических комплексов // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 4–3. – С. 501–505.
5. Шура-Бура А.Э., Топольский М.В. Методы организации, расчета и оптимизации комплектов запасных элементов сложных технических систем. – М.: Знание, 1981. – 540 с.
В течение последних лет в научных исследованиях, посвященных созданию и эксплуатации сложных технических систем (СТС), значительное развитие получил подход повышения эффективности их функционирования за счет снижения стоимости жизненного цикла (ЖЦ) этих систем. Управление стоимостью ЖЦ СТС позволяет получить превосходство перед конкурентами за счет оптимизации затрат на приобретение и владение продукцией.
Указанная концепция актуальна и для ракетно-космической техники. Так, в Федеральной космической программе РФ на 2016-2025 гг. в качестве одной из приоритетных задач постулируется задача повышения конкурентоспособности существующих и перспективных средств выведения.
Существенный вклад в стоимость услуг по выведению на орбиту полезных нагрузок вносят затраты на обеспечение готовности технологического оборудования (ТлОб) ракетно-космических комплексов (РКК) к целевому применению. Эти затраты включают затраты на закупку комплектов ЗИП (запасные части, инструменты и принадлежности), их доставку, хранение и обслуживание.
Вопросу обоснования требований к системам обеспечения запасами (СОЗ) посвящено множество работ таких авторов, как А.Э. Шура-Бура, В.П. Грабовецкий, Г.Н. Черкесов, в которых предлагаются методы расчета оптимальной структуры СОЗ, номенклатуры и количества элементов ЗИП. При этом периодичность (стратегия) пополнения конкретной номенклатуры ЗИП, существенно влияющая на стоимость доставки, хранения и обслуживания ЗИП, либо считается заданной, либо остается за рамками исследований.
S1 - работоспособное состояние ТлОб;
S2 - состояние отказа, выявление причины отказа;
S3 - ремонт, замена элемента ЗИП;
S4 - ожидание поставки элемента ЗИП при отсутствии на объекте эксплуатации;
S5 - контроль технического состояния после ремонта.
Рис. 1. Граф модели обеспечения готовности
Таблица 1
Законы переходов от i-го к j-му состоянию графа
|
p23 = PДостЗИП |
p24 = 1 - PДостЗИП |
||||
Цель исследования
В этой связи задача разработки модели обеспечения готовности ТлОб РКК к целевому применению, с учетом стоимости выбранной стратегии пополнения ЗИП, становится особенно актуальной.
Материалы и методы исследования
Для определения коэффициента готовности ТлОб РКК воспользуемся следующим выражением:
где K Гh - коэффициент готовности h-го элемента, зависящий от показателей безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости;
H - число элементов.
Опишем зависимость коэффициента готовности оборудования от показателей безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости h-го элемента оборудования графовой моделью реализуемых на этом оборудовании эксплуатационных процессов.
Сделаем допущение, что оборудование может находиться одновременно только в одном состоянии i = 1, 2, …, n из множества возможных Е. Поток изменения состояний простейший. В начальный момент времени t = 0 оборудование находится в работоспособном состоянии S1. Через случайное время τ1 оборудование мгновенно переходит в новое состояние j∈E с вероятностью p ij ≥ 0, причем для любого i∈E. В состоянии j оборудование пребывает случайное время, прежде чем переходит в следующее состояние. В этом случае законы переходов от i-го к j-му состоянию графа могут быть представлены в следующем виде (табл. 1).
Для построения аналитической зависимости используются следующие частные показатели системы технического обслуживания и ремонта (ТОиР):
ω1 - интенсивность отказа элемента;
ω3 - параметр потока восстановления отказов (параметр Эрланга);
ω5 - параметр потока отказов, выявляемых при контроле технического состояния ТлОб после установки элементов ЗИП (обусловлен математическим ожиданием срока сохраняемости элемента ЗИП);
ТПост - длительность ожидания поставки элемента ЗИП, отсутствующего на объекте эксплуатации;
Т д - длительность диагностирования, выявления причины отказа, поиска отказавшего элемента;
Т Ктс - длительность контроля технического состояния после замены элемента ЗИП;
n - количество элементов ЗИП одной номенклатуры в составе ТлОб;
m - количество элементов одной номенклатуры в составе ЗИП.
Таблица 2
Зависимости, описывающие свойства графовой модели
|
Переходы |
||||
|
|
||||
|
|
||||
Для получения аналитических зависимостей, характеризующих модель, использован широко известный подход, приведенный в . Во избежание повторения известных положений опустим вывод и приведем итоговые выражения, характеризующие состояния графовой модели (табл. 2).
Тогда вероятности состояний исследуемого полумарковского процесса:
, (2)
, (3)
, (4)
, (5)
. (6)
Полученные зависимости определяют вероятности нахождения элемента ТлОб в состояниях исследуемого эксплуатационного процесса. Так, например, показатель P1 представляет собой комплексный показатель надежности - коэффициент готовности, а выражение (2) моделирует связь между параметрами безотказности, ремонтопригодности, сохраняемости и интегральным показателем, в качестве которого используется KГh.
Подставив в выражение (2) выражения для эксплуатационно-технических характеристик оборудования из табл. 2, получим выражение, позволяющее оценить влияние элементов одной номенклатуры на коэффициент готовности оборудования:
(7)
где λ h - интенсивность отказа h-го элемента;
t2h - математическое ожидание длительности контроля технического состояния;
t3h - математическое ожидание времени восстановления;
t4h - математическое ожидание длительности ожидания поставки h-го элемента ЗИП, отсутствующих на объекте эксплуатации;
t5h - математическое ожидание срока сохраняемости h-го элемента ЗИП;
Т7h - математическое ожидание длительности контроля технического состояния;
Т10h - период пополнения h-го элемента ЗИП.
Предложенная модель отличается от известных тем, что она позволяет рассчитать значение KГ ТлОб РКК в зависимости от параметров его безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости.
Для определения величины затрат на реализацию стратегии пополнения элементов ЗИП одной номенклатуры в течение назначенного срока службы оборудования можно воспользоваться следующим выражением:
где - затраты на хранение элемента ЗИП одной номенклатуры в период назначенного срока службы ТлОб;
Затраты на поставку элементов ЗИП одной номенклатуры взамен израсходованных в течение назначенного срока службы ТлОб;
Затраты на обслуживание элемента ЗИП одной номенклатуры.
Количество элементов ЗИП одной номенклатуры, необходимое для обеспечения требуемого уровня готовности ТлОб в течение периода пополнения.
Результаты исследования и их обсуждение
Рассмотрим применение моделей для выбора оптимальных стратегий пополнения комплекта ЗИП агрегата заправки, обеспечивающих значение коэффициента готовности агрегата не ниже 0,99 в течение 10 лет эксплуатации.
Пусть поток отказов простейший, параметр потока отказов примем равным интенсивности отказов. Аналогично примем параметры потока ω3 и ω5 как величины обратно пропорциональные математическим ожиданиям длительностей соответствующих процессов.
Для проведения расчетов рассмотрим три варианта стратегий пополнения комплекта ЗИП, являющихся предельными случаями:
Закладка на весь срок службы;
Периодическое пополнение (с периодом 1 год);
Непрерывное пополнение.
В табл. 3 представлены результаты расчетов для комплекта ЗИП агрегата 11Г101, полученные при использовании описанных выше моделей.
Таблица 3
Результаты расчетов
|
Номенклатура комплекта ЗИП |
Стратегия пополнения |
Требуемое количество элементов h-й номенклатуры ЗИП для обеспечения требуемого KГ |
Стоимость стратегии на срок службы |
|
Номенклатура 1
|
Закладка на весь срок службы |
2 675 ден. ед. |
|
|
Периодическое пополнение |
2 150 ден. ед. |
||
|
Непрерывное пополнение |
2 600 ден. ед. |
||
|
Номенклатура 2
|
Закладка на весь срок службы |
2 390 ден. ед. |
|
|
Периодическое пополнение |
1 720 ден. ед. |
||
|
Непрерывное пополнение |
1 700 ден. ед. |
||
|
Окончание табл. 3 |
|||
|
Номенклатура 3
|
Закладка на весь срок службы |
2 735 ден. ед. |
|
|
Периодическое пополнение |
3 150 ден. ед. |
||
|
Непрерывное пополнение |
2 100 ден. ед. |
||
|
Номенклатура 4
|
Закладка на весь срок службы |
2 455 ден. ед. |
|
|
Периодическое пополнение |
1 800 ден. ед. |
||
|
Непрерывное пополнение |
3 000 ден. ед. |
||
|
Номенклатура 5
|
Закладка на весь срок службы |
2 700 ден. ед. |
|
|
Периодическое пополнение |
2 050 ден. ед. |
||
|
Непрерывное пополнение |
1 300 ден. ед. |
||
Из анализа табл. 3 следует, что для номенклатур 1 и 4 оптимальной является стратегия периодического пополнения ЗИП, а для номенклатур 2, 3 и 5 - непрерывного пополнения.
Предложена новая модель обеспечения готовности ТлОб РКК, которая может быть применима для решения задачи определения совокупности оптимальных стратегий пополнения элементов ЗИП каждой номенклатуры по критерию «готовность - стоимость» с учетом параметров безотказности, ремонтопригодности и сохраняемости.
Библиографическая ссылка
Богдан А.Н., Бояршинов С.Н., Клепов А.В., Поляков А.П. МОДЕЛЬ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГОТОВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА // Фундаментальные исследования. – 2017. – № 11-2. – С. 272-277;URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=41934 (дата обращения: 17.10.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
Главная Энциклопедия Словари Подробнее
Ракетно-космический комплекс (РКК)
Совокупность ракеты или ракет космического назначения (РКН) с функционально взаимосвязанными техническими средствами и сооружениями, предназначенная для обеспечения транспортирования, хранения, приведения и содержания в установленных готовностях, технического обслуживания, подготовки, пуска и контроля полета РКН на участке выведения. Включает РКН, средства технического комплекса (ТК), средства стартового комплекса (СК), средства измерительного комплекса космодрома (ИКК).
Ракета космического назначения, совокупность ракеты-носителя с космической головной частью (КГЧ), которая состоит из космического аппарата (КА) вместе со сборочно-защитными и разгонными блоками. Космическая головная часть, совокупность КА со сборно-защитным и разгонным блоками. Разгонный блок в отдельных случаях может отсутствовать.
Стартовый комплекс, совокупность технологически и функционально взаимосвязанных подвижных и стационарных технических средств и сооружений, обеспечивающих проведение всех видов работ с РКН и (или) её составными частями с момента поступления РКН с технической позиции до завершения необходимых предпусковых операций с элементами РКН, а при испытаниях РКН и при несостоявшемся пуске РКН до момента возвращения РКН на техническую позицию. Располагается на стартовой позиции. Обеспечивает: доставку РКН с технического комплекса на пусковую установку (ПУ), ее установку на ПУ, прицеливание, заправку компонентами ракетного топлива и сжатыми газами, испытания, выполнение всех операций по подготовке РКН к пуску и ее пуск. В состав СК входят: одна или несколько ПУ, сооружения с техническими системами, обеспечивающими подготовку и пуск РКН, пристартовый командный пункт.
ПУ могут быть реализованы в следующих вариантах: стационарные наземные; стационарные подземные (шахтные); подвижные наземные (грунтовые и железнодорожные); подвижные подземные (траншейные); подвижные морские (на морских платформах, надводных кораблях и подводных лодках); подвижные воздушные (воздушный старт).
Технический комплекс, совокупность технических комплексов ракеты-носителя, космического аппарата, разгонного блока, космической головной части, ракеты космического назначения и других, общих для ракет космического назначения, технических средств. В зависимости от назначения ТК РКК один из видов технических комплексов может отсутствовать.
Техническая позиция, участок местности с подъездными путями, инженерными коммуникациями, зданиями и сооружениями.
Целью государственной политики в ракетно-космической сфере предусматривается формирование экономически устойчивой, конкурентоспособной, диверсифицированной ракетно-космической промышленности, обеспечение гарантированного доступа и необходимого присутствия России в космическом пространстве.
Капитальные вложения на реконструкцию и техническое перевооружение предусматривают:
адресную инвестиционную поддержку внедрения специального технологического оборудования, обеспечивающего реализацию базовых технологий производства изделий РКТ, предусмотренных ФКПР-2015 и ФЦП «Развитие ОПК-2015»;
повышение общего технического уровня предприятий, производящих РКТ за счет автоматизации технологических процессов, обеспечивающих снижение трудоемкости, повышение качества и надежности изделий РКТ;
создание технологических условии для широкого внедрения информационных технологических процессов (ИПИ-технологий).
Основная доля этих инвестиций формируется в рамках ФКПР-2015 и ФЦП «Развитие ОПК-2015».
Приоритетными направлениями государственной политики в этой области являются следующие.
Первое - создание космических комплексов и систем нового поколения с техническими характеристиками, обеспечивающими их высокую конкурентоспособность на мировом рынке:
развитие современных средств выведения (модернизация действующих ракетоносителей и разработка новых ракет-носителей и разгонных блоков, создание ракеты-носителя среднего класса для выведения пилотируемого космического корабля нового поколения), космических спутников с увеличенным сроком активного существования;
подготовка к реализации прорывных проектов в области космических технологий и исследований космического пространства.
Второе - завершение создания и развитие системы ГЛОНАСС:
развертывание спутниковой группировки на базе аппаратов нового поколения с длительным сроком активного существования (не менее 12 лет) и повышенными техническими характеристиками;
создание наземного комплекса управления и создание оборудования для конечных пользователей, его продвижение на мировой рынок, обеспечение сопряженности аппаратуры ГЛОНАСС и GPS.
Третье - развитие спутниковой группировки, в том числе создание группировки спутников связи, обеспечивающих рост использования всех видов связи - фиксированной, подвижной, персональной (на всей территории Российской Федерации); создание группировки метеорологических спутников, способных передавать информацию в реальном масштабе времени.
В долгосрочной перспективе интересы поддержания высокой конкурентоспособности на рынке передачи информации потребуют качественного скачка в повышении интервала «конкурентного существования» спутников связи. Это может быть достигнуто только путем создания технологии производства «многоразовых» спутников связи, т.е. таких, которые будут изначально проектироваться и создаваться с возможностью их обслуживания, заправки ракетным топливом, ремонта и модернизации непосредственно на орбите. Итогом такого технологического развития может стать появление к 2025 году массивных орбитальных платформ, на которых будет размещаться различная целевая аппаратура и другое оборудование, в т.ч. энергетическое, допускающее обслуживание или замену. В этом случае рынок спутникового производства претерпит существенные структурные и количественные изменения.
При этом, невзирая на то, что в настоящее время российское производство спутников практически не представлено ни на рынке готовых изделий, ни на рынке отдельных комплектующих, России необходимо продолжать усилия по выходу в данный сегмент рынка. При этом целью этих усилий может быть не только завоевание некоторой рыночной доли, но интересы технологического развития, а также национальной безопасности.
С этой точки зрения наибольший интерес представляет международный проект Blinis - программа передачи технологий по интеграции модуля полезной нагрузки между Thales Alenia Space (Франция) и ФГУП НПО Прикладной механики им. М.Ф.Решетнева.
Четвертое - расширение присутствия России на мировом космическом рынке:
удержание лидирующих позиций на традиционных рынках космических услуг (коммерческие пуски - до 30%);
расширение присутствия на рынке производства коммерческих космических аппаратов, расширение продвижения на внешние рынки отдельных компонент ракетно-космической техники и соответствующих технологий;
выход на высокотехнологические сектора мирового рынка (производство наземной аппаратуры спутниковой связи и навигации, дистанционное зондирование земли);
создание и модернизация системы российского сегмента международной космической станции (МКС).
Для всех сегментов рынка по производству носителей в настоящее время характерны превышение предложения над спросом и соответственно высокий уровень внутренней конкуренции - в условиях стагнации на рынке производства спутников в начале 2000-х гг. это уже привело к значительному падению цен на рынке запусков.
В среднесрочной перспективе в условиях незначительного роста количества производимых спутников уровень рыночной конкуренции во всех сегментах возрастет еще более, когда на рынок выйдут «тяжелые» и «легкие» носители таких стран, как Япония, Китай, Индия.
В долгосрочной перспективе объемы и структура рынка носителей будет напрямую зависеть от ситуации на «ведущих» по отношению к нему рынках: информационных и производства спутников, в частности:
на рынке «тяжелых» и «средних» носителей от перехода к «многоразовым» спутникам связи, развития рынков космического производства и космического туризма;
на рынке «легких» носителей от возможности перехода информации ДЗЗ в разряд «сетевых товаров».
Пятое - проведение организационных преобразований в ракетно-космической промышленности.
К 2015 году будут образованы три-четыре крупные российские ракетно-космические корпорации, которые к 2020 году выйдут на самостоятельное развитие и будут полностью обеспечивать выпуск ракетно-космической техники для решения экономических задач, задач обороноспособности и безопасности страны, эффективную деятельность России на международных рынках.
Шестое - модернизация наземной космической инфраструктуры и технологического уровня ракетно-космической промышленности:
техническое и технологическое перевооружение предприятий отрасли, внедрение новых технологий, оптимизация технологической структуры отрасли;
развитие системы космодромов, оснащение новым оборудованием наземных средств управления, систем связи, экспериментальной и производственной базы ракетно-космической промышленности.
При инерционном варианте развития производство продукции ракетно- космической промышленности к 2020 году - на 55-60% к уровню 2007 года.
- 1. Частичным техническим и технологическим перевооружением отрасли;
- 2. Реализацией межведомственных и ведомственных целевых программ;
государственных нужд в космических средствах и услугах для обороны, социально-экономической и научной сфер, реализацией ФЦП «ГЛОНАСС» и созданием конкурентоспособной космической транспортной системы с раке- той-носителем среднего класса повышенной грузоподъемности.
При инновационном варианте развития производство продукции ракетно-космической промышленности вырастет к 2020 году - в 2,6 раза к уровню 2007 года.
Рост производства по данному варианту будет обеспечен:
- 1. Интенсивным техническим и технологическим перевооружением с 2008 года;
- 2. Реализацией полного перечня федеральных и ведомственных целевых программ, обеспечивающих развитие ракетно-космической промышленности и возможность создания ракетно-космической техники нового поколения с 2012 года;
- 3. Обеспечением безусловного удовлетворения
государственных нужд в космических средствах и услугах для обороны, социально-экономической и научной сфер, дополнительно к инерционному сценарию реализацией проекта перспективной пилотируемой транспортной системы;
4. Завершением организационно-структурных
преобразований предприятий отрасли и созданием системообразующих интегрированных структур, связанных единой направленностью деятельности и отношениями собственности;
- 5. Обеспечением уровня загрузки производственных мощностей к 2020 году 75 процентов;
- 6. Выполнением в полном объеме долгосрочной программы научноприкладных исследований и экспериментов по различным научным направлениям с созданием опережающего аппаратурного задела для ракетно-космической промышленности;
- 7. Строительством космодрома «Восточный» в целях обеспечения Российской Федерации независимого доступа в космос во всем спектре решаемых задач;
- 8. Решением кадровых проблем отрасли.
Дополнительный прирост производства продукции ракетно-космической промышленности по инновационному варианту по отношению к инерционному составит в 2020 - 115-117 млрд, рублей.
А. С. Носов
Аннотация
Излагаются теоретические и экспериментальные основы создания привода с исполнительным механизмом на базе планетарной роликовинтовой передачи для повышения точности воспроизведения заданного закона движения и скоростных характеристик исполнительных элементов технологического оборудования и технических систем ракетных и ракетно-космических комплексов и при комплексных испытаниях ракет большой массы. Представлена математическая модель управляемого электромеханического привода для специального монтажно-стыковочного оборудования. Проведены испытания, на основе которых можно сделать вывод, что для создания высокоточного электромеханического привода необходимо использовать передачу с меньшим зазором между сопрягаемыми элементами, высокой точностью и надёжностью функционирования. Описаны новая конструкция планетарной роликовинтовой передачи и преимущества использования шагового двигателя. Математическое моделирование электромеханического привода с планетарной роликовинтовой передачей с испытанием на макете монтажно-стыковочного кантователя позволит создать электромеханический привод с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками для кантователя космической головной части ракетно-космического носителя сверхтяжёлого класса.
Ключ. слова
Монтажно-стыковочное оборудование; электромеханический привод; роликовинтовая передача; математическая модель; испытания
Список литературы
1. Бирюков Г.П., Манаенков Е.Н., Фадеев А.С. Технологическое оборудование отечественных ракетно-космических комплексов: уч. пособие для вузов. М.: Рестарт, 2012. 599 с.
2. Носов А.С. Методика обоснования выбора структуры, состава и параметров привода с применением планетарной роликовинтовой передачи повышенной точности и надёжности функционирования // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23, № 1. С. 170-176.
3. Носов А.С. Силовой электромеханический привод с применением планетарной роликовинтовой передачи повышенной точности // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22, № 4. С. 100-107.
4. Козырев В.В. Конструкции роликовинтовых передач и методика их проектирования: уч. пособие. Владимир: Владимирский государственный университет, 2004. 101 с.
5. Петренко А.М. Специальные винтовые механизмы в силовых приводах: уч. пособие. М.: Московский автомобильно-дорожный институт, 1997. 86 с.
Ракетно-космические системы в своем развитии прошли значительный путь от первых немецких ракет V-1 иV-2 до современных ракетоносителей «Протон-М», «Энергия» и «Ангара» советского и российского производства, «ТитанIIIС», «Шаттл» производства США, «Ариан» производства Франции и многих других. В истории космонавтики важными вехами остались достижения советской и российской науки и техники: запуск первого спутника Земли; запуск в космос первого человека; первый выход человека в открытый космос; первый полет в автоматическом режиме многоразового космического корабля «Буран» и др. В настоящее время интенсивное развитие ракетно-космических систем и освоение космоса осуществляют такие страны, как Россия, США, Англия, Франция, Япония, Китай.
Рассмотрим общие положения и принципы конструктивно- технологического членения ракетно-космических систем.
Ракетно-космический комплекс (РКК) представляет собой с овокупность ракетно-космической системы, системы управления полетом и стартового оборудования, расположенного на космодроме. Ракетно-космические системы (РКС) – это транспортные системы, предназначенные для выведения (доставки)полезного груза массойm пг от нескольких десятков килограмм до сотен тонн в заданную точку околоземного или околосолнечного пространства с определенным вектором скорости.
Массу ракетно-космической системы, расходуемую для разгона, называют активной массой (массой топлива) и обозначаютm т. Активная масса делится на две части: первая часть обеспечивает разгон ракетно-космической системы до заданной скорости полета, вторая – управление ракетно-космической системой и компенсацию различных возмущений в полете.
Пассивная масса (масса конструкции) ракетно-космической системы (m к) также делится на две части. В первую входят пассивные массы, обеспечивающие функционирование ракетно-космической системы в течение всего времени полета, во вторую – часть пассивной массы, обеспечивающей хранение активной массы. Активная масса составляет большую часть (до 90%) ракетно-космической системы и расходуется на разгон полезного груза и пассивной массы.
Наиболее эффективным способом разгона ракеты в настоящее время является истечение из сопел ракетных двигателей продуктов сгоранияракетных топли в .
Сумма масс полезного груза m пг, активной массыm т, пассивной массыm к, составляетстартовую массу ракетно-космической системыm ст. При заданной массе полезного грузаm пг стартовая массаm ст зависит от следующих факторов:
– от координат точки пространства и конечной скорости движения ракетно-космической системы на активном участке траектории;
– от сил сопротивления движению ракетно-космической системы по траектории;
– от нагрузок, действующих на ракетно-космическую систему при движении ее по траектории;
– от необходимости корректировки пассивного участка траектории.
Разделение ракетно-космической системы на составные части обусловлено следующими причинами:
– необходимостью отделения отработавших частей конструкции при движении ракетно-космической системы по траектории;
– различием в функциональном назначении смежных элементов конструкции и их различным конструктивным оформлением (например, герметичный бак и ферма);
– сложностью транспортирования нерасчлененного изделия от предприятия - изготовителя к месту старта;
– требованиями удобства технического обслуживания элементов ракетно-космической системы в период ее хранения и подготовки к старту;
– ограничениями, накладываемыми на размеры и конфигурацию обрабатываемых элементов конструкции, в зависимости от имеющихся в распоряжении производства технологических процессов и технологического оборудования;
– необходимостью обеспечения свободного доступа к элементам конструкции для сборки и технического контроля;
– организационными причинами, связанными с сокращением продолжительности цикла изготовления изделия (расширением фронта работ при сборке сложных агрегатов).
Разделение ракетно-космической системы на части позволяет осуществлять параллельное проектирование этих частей группами специалистов и таким образом сократить сроки проектирования изделия и повысить его качество за счет специализации групп.
В производстве разделение ракетно-космической системы на части предопределяет одновременность (параллельность) процессов изготовления деталей и их сборки, что сокращает продолжительность цикла производства. Количество составных частей ракетно-космической системы имеет некоторый оптимум. По мере разукрупнения сборочных единиц сокращается цикл их изготовления, но увеличивается цикл сборки и технического контроля сборочных единиц.
Однотипность конструктивно-технологических решений составных частей позволяет осуществить технологическую специализацию подразделений предприятия (участки сборки топливных емкостей и сухих отсеков, заготовительное производство и т.п.). Технологическая специализация создает предпосылки для механизации и автоматизации выполняемых работ, для рационального использования производственных мощностей, для повышения производительности труда и качества продукции.
Конструктивная и технологическая законченность составных частей дает возможность изготовлять их на специализированных предприятиях - смежниках, способствует развитию специализации и кооперации в ракетостроении.
Ракетно-космическая система состоит из следующих составных частей (рис. 5).
Рис.5. Структура ракетно-космической системы
В головном блоке (ГБ) ракетно-космической системы размещается полезный груз , – различного рода космические аппараты (космический корабль, космическая станция, искусственный спутник планеты, системы телекоммуникаций, аппараты, предназначенные для проведения исследований в космическом пространстве или на планетах, и т. п.).
В состав головного блока помимо полезного груза входит сбрасываемый головной обтекатель (ГО), предохраняющий полезный груз от мощного силового и теплового воздействия набегающего потока атмосферного газа на активном участке полета ракетно-космической системы со сверхзвуковыми скоростями и отделяющийся при выходе за пределы атмосферы.
Ракета-носитель (РН), доставляющая полезный груз в заданную точку околоземного или околосолнечного пространства с заданной по величине и направлению скоростью. В состав ракеты - носителя входят несколькоракетных блоков (РБ). Схемы и примеры типовых компоновок ракетных блоков представлены на рис.6 – 7.
Рис. 6 Схемы последовательной компоновки блоков и ступеней ракетно-космических систем с жидкостными ракетными двигателями:
а – схема «тандем»; б – схема «пакет»
Рис. 7. Схема параллельно-последовательной компоновки блоков и ступеней ракетно-космических систем:
а – все ракетные блоки жидкостные; б – ракетные блоки РБ1А и РБ1Б твердотопливные
Все блоки ракетно-космической системы, объединяются в ступени (С1, С2 и т.д.), состав которых изменяется по мере отделения при движении ракетно-космической системы по траектории.
3. Система управления движением ракетно-космической системы по траектории (см. рис. 2.5) позволяет управлять работой ракетных блоков, отделением элементов конструкции, движением ракетно-космической системы по траектории полета. В ее состав входят чувствительные элементы: измерительные преобразователи (гироскопические устройства, датчики ускорений, давления, расхода топлива и т.п.);бортовые вычислительные комплексы для обработки результатов измерений и выработки управляющих команд; разнообразныеисполнительные механизмы , обеспечивающие требуемые параметры движения и ориентацию ракетно-космической системы в пространстве. Работа элементов системы управления обеспечивается разнообразнымиисточниками энергии (электрическими, пневмогидравлическими, зарядами твердого топлива, взрывчатыми веществами и т.п.). Элементы системы управления рассредоточены по блокам. Связь между элементами системы управления осуществляется с помощью бортовой кабельной сети (БКС).