Союз-У
Ракета-носитель 'Союз-У'
Ракета-носитель (РН) 'Союз-У' предназначена для выведения на околоземную орбиту космических аппаратов народнохозяйственного, научно-исследова- тельского ('Ресурс-Ф', 'Фотон') и специального назначения (спутники серии 'Космос'), а также пилотируемых и грузовых космических кораблей серий 'Союз' и 'Прогресс'.
РН 'Союз' эксплуатируется с 1966 года (модификация 'Союз-У' - с 1973). В настоящее время продолжает активно использоваться и имеет характеристики, обеспечивающие надежное выведение на орбиту современных космических аппаратов. По количеству запусков и надежности является бесспорным мировым лидером среди ракет-носителей среднего класса.
Конструктивно РН 'Союз-У' выполнена по схеме с параллельным отделением боковых ракетных блоков в конце работы первой ступени и поперечным отделением ракетного блока второй ступени по окончании его работы. Каждый из блоков ракеты-носителя снабжен самостоятельной двигательной установкой, работающей на жидком нетоксичном топливе (кислород, керосин).
Первая ступень ракеты-носителя включает четыре боковых блока конической формы, закрепленных в шаровых опорах центрального блока.
Конструктивно-компоновочная схема бокового блока состоит из силового конуса, несущего конического бака окислителя, межбакового отсека, несущего конического бака горючего, отсека баков перекиси водорода и жидкого азота и цилиндрического хвостового отсека специальной формы.
В хвостовом отсеке каждого бокового блока размещается автономный жидкостный ракетный двигатель однократного включения РД-118, работающий на жидком кислороде и керосине и оснащенный четырьмя маршевыми камерами и двумя рулевыми соплами.
Для управления полетом на каждом боковом блоке с внешней стороны, противоположной центральному блоку, на небольшом пилоне установлен аэродинамический руль, выполненный в виде треугольного крыла малого удлинения. Для привода руля имеется электрическая рулевая машина.
Двигатели боковых блоков работают в течение -118 секунд после старта, затем отключаются. Выключение происходит по результатам сравнения текущего значения скорости с расчетным. После отключения двигателей боковые блоки отделяются от центрального блока и сбрасываются.
Вторая ступень (центральный блок) состоит из хвостового отсека, в котором установлен двигатель однократного включения РД-117, содержащий четыре маршевых камеры и четыре рулевых сопла, отсека бака перекиси водорода, в котором также установлен тороидальный бак жидкого азота, отсека бака горючего, межбакового отсека, отсека бака окислителя и приборного отсека.
Запуск двигателей центрального и боковых блоков производится на Земле. Это дает возможность контролировать их работу в переходном режиме и при возникновении неисправностей во время пуска отменять пуск ракеты, что обеспечивает повышение безопасности эксплуатации.
Управление полетом по трем осям осуществляется с помощью четырех рулевых камер двигателя РД-117. Номинальное время работы двигателя центрального блока составляет -280 - 290 секунд.
Разделение второй и третьей ступеней происходит по 'горячей схеме'.
Третья ступень (блок 'И'), состоящая из переходного отсека, бака горючего, бака окислителя, хвостового отсека и двигателя, установлена на центральном блоке и соединена с ним с помощью ферменной конструкции.
Блок 'И' снабжен двигательной установкой, состоящей из четырехкамерного двигателя однократного включения и четырех поворотных рулевых сопел, используемых для управления полетом по трем осям. Маршевый двигатель третьей ступени включается примерно за две секунды до отключения центрального блока.
Газы, истекающие из сопел двигателя третьей ступени, непосредственно отделяют ступень от центрального блока. Время работы двигателя третьей ступени составляет -230 секунд. После отключения двигателя и отделения космического аппарата (или четвертой ступени с космическим аппаратом) третья ступень выполняет маневр увода путем открытия дренажного клапана в баке горючего.
На ракете-носителе "Союз-У" используются головные обтекатели следующих диаметров: 2,7 м; 3,0 м; 3,3 м; 3,7 м.
Подтвержденный показатель эксплуатационной надежности ракеты-носителя "Союз-У" - 0,983.
Энергетические возможности ракет-носителей "Союз-У"
(при использовании головного обтекателя диаметром 3,3 м)
|
Космодром |
Наклонение (градус) |
Средняя высота круговой орбиты (км) |
Выводимая масса полезного груза (кг) |
| Плесецк |
62,8 | 220 | 6700 |
| 67,1 | 190 | 6640 | |
| 81,4 | 200 | 6200 | |
| Байконур |
51,6 | 200 | 6950 |
| 64,9 | 190 | 6660 | |
| 70,4 | 200 | 6590 |
Основные характеристики ракеты-носителя 'Союз-У'
|
Параметр |
Значение |
|
Количество ступеней |
3 |
|
Стартовая масса, т |
313 |
|
Стартовая масса (без космической головной части), т |
-297 |
|
Сухая масса (с головным обтекателем), т |
24,2 |
|
Стартовая тяга, кН |
4063 |
|
Длина (без космической головной части), м |
36,5 |
|
Наибольший поперечный размер, м |
10,3 |
|
Размеры головного обтекателя: |
|
|
длина (в зависимости от типа КА), м |
7,31 - 10,14 |
|
диаметр цилиндрической части (в зависимости от типа КА), м |
2,7 - 3,3 |
|
Система управления |
аналоговая |
|
Точность выведения: |
|
|
по высоте, км |
до 10 |
|
по периоду обращения, с |
до 6 |
|
по углу наклонения орбиты, угловых минут |
до 2 |
|
Первая ступень (боковые блоки, блоки 'Б', 'В', 'Г', 'Д') | |
|
Количество блоков |
4 |
|
Масса заправленного блока (стартовая масса), т |
43,4 |
|
Сухая масса, т |
3,80 |
|
Длина блока, м |
19,8 |
|
Наибольший поперечный размер, м |
3,82 |
|
Объем топливных баков (горючее /окислитель), дм3 |
14017 / 24921 |
|
Компоненты топлива: |
|
|
горючее |
керосин |
|
окислитель |
жидкий кислород |
|
Вспомогательные компоненты: |
|
|
для привода ТНА |
перекись водорода |
|
для наддува баков |
азот |
|
Двигатель |
РД-118 (по одному на каждом из четырех блоков) |
|
Продолжительность работы ступени, с |
-118 |
|
Вторая ступень (центральный блок, блок 'А') | |
|
Количество блоков |
1 |
|
Масса заправленного блока (стартовая масса), т |
99,5 |
|
Сухая масса,т |
6,55 |
|
Длина блока, м |
27,1 |
|
Наибольший поперечный размер, м |
2,95 |
|
Объем топливных баков (горючее / окислитель), дм3 |
32350 / 57441 |
|
Компоненты топлива: |
|
|
горючее |
керосин |
|
окислитель |
жидкий кислород |
|
Вспомогательные компоненты: |
|
|
для привода THA |
перекись водорода |
|
для наддува баков |
азот |
|
Двигатель |
РД-117 |
|
Продолжительность работы ступени, с |
-280 |
|
Третья ступень (блок 'И') | |
|
Количество блоков |
1 |
|
Масса заправленного блока (стартовая масса), т |
25,3 |
|
Сухая масса,т |
2,71 |
|
Длина блока, м |
6,7 |
|
Наибольший поперечный размер, м |
2,5 |
|
Объем топливных баков (горючее / окислитель), дм3 |
9860/ 14380 |
|
Компоненты топлива: |
|
|
горючее |
керосин |
|
окислитель |
жидкий кислород |
|
Двигатель |
РД-0110 |
|
Продолжительность работы ступени, с |
-240 |
Стартовый комплекс ракеты-носителя 'Союз'
Основные характеристики стартового комплекса
|
Метеорологические условия работы технологического оборудования: |
|
|
температура окружающего воздуха, њС |
от -40 до +50 |
|
влажность при 20'С,% |
до 98 |
|
ограничение видимости, м |
до 30 |
|
Гарантийный срок эксплуатации, годы |
10 |
Комплекс предназначен для предстартовой подготовки и проведения пусков ракеты-носителя среднего класса типа 'Союз' с различными космическими аппаратами.
Головным разработчиком стартового комплекса (СК) является федеральное государственное унитарное предприятие 'Конструкторское бюро общего машиностроения' (КБОМ).
Стартовый комплекс, созданный в 1957 годув необычайно короткое время для МБР Р-7, в дальнейшем неоднократно дорабатывался в связи с модернизацией ракеты Р-7, введением дополнительных ступеней и превращением ее в ракету-носитель, выводящую в космическое пространство большое количество различных космических аппаратов. СК успешно использовался при запуске первой межконтинентальной баллистической ракеты, первого и многих других искусственных спутников Земли, Ю. А. Гагарина - первого космонавта в истории человечества, космических кораблей 'Восток', 'Восход', 'Союз', космических аппаратов, запущенных на Луну, Марс, Венеру. Для народного хозяйства производились запуски спутников телевизионного вещания, связи, фотосъемки поверхности Земли, прогнозирования погоды, биологических исследований, а также проводились работы с иностранными фирмами в области биотехнологии и исследования космоса.
В состав стартового комплекса входят:
- комплект технологического оборудования, обеспечивающий доставку ракеты на стартовую площадку, установку ее в стартовую систему, наведение РН по азимуту, проведение предстартовых комплексных испытаний, заправку РН компонентами топлива и сжатыми газами, термостатирование космического аппарата (КА) и приборных отсеков РН, пуск ракеты;
- сооружения для размещения оборудования;
- комплект технических систем, создающих необходимые условия для функционирования оборудования и жизнедеятельности обслуживающего персонала в сооружениях (вентиляция, освещение и т.п.);
- системы дистанционного управления технологическими и обеспечивающими системами и комплекты контрольно- проверочного оборудования РН и КА.
Стартовые сооружения со стартовой системой для РН 'Союз' являются сложными в техническом отношении и оригинальными по своей конструкции. Это многоэтажное железобетонное здание, верхняя часть которого находится на уровне стартовой площадки, с широким проемом в центре, переходящим в односкатный глубокий газоход.
На 'балконе-козырьке' стартового сооружения расположена уникальная по своему конструктивному решению стартовая система, на подвижной круговой части которой закреплены четыре ажурные откидывающиеся опорные фермы. На них как бы 'подвешивается' ракета-носитель.
Шарнирное крепление опорных ферм позволяет сводить их до замыкания в верхней части в единое силовое кольцо, которое удерживается в замкнутом состоянии массой 'висящей' ракеты. С началом движения ракеты при старте нагрузка на силовое кольцо снимается, и опорные фермы под действием собственных противовесов раскрываются, давая проход ракете.
Такая схема - подвеска ракеты за опорные части, расположенные около центра ее тяжести, - дала возможность отказаться от усиления торцевой части РН при соединении боковых и центрального ее блоков в 'пакет'.
На поворотной части стартовой системы также шарнирно установлены две многоярусные фермы обслуживания с полукольцевыми площадками на различных уровнях. Сомкнутые вокруг РН площадки дают возможность специалистам проводить работы по всей высоте ракеты.
Фермы обслуживания оснащены лифтами для доставки рабочего персонала, космонавтов и различных технических средств и материалов. Перед пуском фермы разводятся и опускаются в горизонтальное положение.
На опорном кольце расположены также кабель-мачты, которые служат для подвода и подключения к РН кабельных, наполнительных, дренажных, пневматических и других коммуникаций; при старте они отсоединяются и откидываются под действием противовесов.
В помещениях самого стартового сооружения находятся стационарные системы заправки компонентами топлива, термо- статирования, дистанционного управления, обеспечения сжатыми газами, средствами пожарозащиты, газового контроля и т. д. В нише стартового сооружения установлена выдвигающаяся над газоходом кабина обслуживания с многоярусными площадками для обслуживания нижней части ракеты.
С учетом накопленного опыта при эксплуатации первого в стране стартового комплекса для космических ракет в 1958 - 1961 годах были созданы еще пять аналогичных СК (один комплекс на Байконуре и четыре комплекса на полигоне в Плесецке).
Многолетняя эксплуатация этих СК в самых сложных климатических условиях Казахстана и российского Севера подтвердили их высокую надежность, потенциальную возможность широкого использования для запуска автоматических космических объектов, пилотируемых и транспортных кораблей. Простота конструкции и удобство обслуживания обеспечили выполнение большого объема программ космических исследований.