Ракетно-космический комплекс «Буран-Энергия», СССР
КОСМИЧЕСКИЙ «ЧЕЛНОК»
Орбитальный корабль «Буран» и его носитель - ракета «Энергия» стали одним из символов прогресса советской науки и техники. Можно по-разному относиться к экономической эффективности наших космических программ, однако бесспорно одно - этот ракетно-космический комплекс представляет собой прорыв в будущее, важный шаг на пути дальнейшего освоения Вселенной.
Сегодня мы публикуем рассказ об уникальной системе, а также ее чертежи, подготовленные по материалам, предоставленным редакции научно-производственным объединением «Энергия».
Универсальный ракетно-космический комплекс «Буран» - «Энергия» создан коллективами специалистов научно-производственного объединения «Энергия», возглавляемыми главными конструкторами членом-корреспондентом АН СССР Ю. П. Семеновым и доктором технических наук Б. И. Губановым под общим руководством академика В. П. Глушко. Участвовали в работе и десятки других организаций различных министерств и ведомств.
Комплекс «Буран» - «Энергия» является одним из двух вариантов универсальной ракетно-космической системы «Энергия». Последняя создана на базе тяжелой двухступенчатой ракеты-носителя (РН) с продольной схемой деления ступеней. Особенность конструкции РН - несимметричная компоновка, связанная с необходимостью размещения на себе как контейнера с полезным грузом, так и орбитального корабля (ОК) «Буран». С этой целью четыре боковых блока первой ступени (блоки «А») смещены относительно продольной оси центрального блока (блок «Ц») в сторону, противоположную полезному грузу. Для компенсации несимметричного расположения полезного груза во время работы второй ступени четыре жидкостных ракетных двигателя (ЖРД) блока «Ц» также смещены относительно продольной оси.
Из-за плотного расположения блоков «А» при разделении ступеней для исключения соударений они отделяются попарно; с этой целью они соединены с помощью двух поясов межблочных связей в так называемые «параблоки». Отделившись на высоте около 40 км и скорости 1,8 км/с, параблоки совершают полет по баллистической траектории, на нисходящей ветви которой происходит их разделение.
Характерная особенность блоков «А» - наличие больших обтекателей парашютно-реактивной системы приземления. Эта система после разделения параблоков обеспечивает торможение и мягкую посадку блоков на дальности около 400 км от стартового комплекса. Стоит отметить, что спасение тонкостенных жидкостных ракетных блоков с посадкой их на сушу представляет собой более сложную техническую задачу, чем спасение твердотопливных ускорителей американского комплекса «Спейс Шаттл» с их последующим приводнением. Правда, отработка данной системы начнется на следующем этапе испытаний, а в первых двух пусках «Энергии» спасение блоков не предусматривалось. Примечательно и то, что для снижения стоимости разработки боковых блоков их конструкция максимально унифицирована с первой ступенью новой одноразовой ракеты «Зенит», эксплуатация которой началась в 1987 году. В обоих случаях двигательной установкой служит четырехкамерный РД-170, работающий на жидком кислороде и углеводородном горючем.
Четыре боковых блока отличаются друг от друга в основном размещением твердотопливных ракетных двигателей (РДТТ) системы разделения. Они установлены таким образом, чтобы обеспечить безударное отделение параблоков и их параллельный увод в сторону от орбитального корабля (первоначальный зазор между блоками «А» и ОК меньше метра). При этом крайне нежелательно воздействие струй ракетных двигателей на блок «Ц», вследствие чего сопла РДТТ развернуты, а блок «Ц» дополнительно защищен теплостойким покрытием, выделяющимся своим серым цветом. Сходное покрытие нанесено и на верхнюю часть блоков «А» и «Ц» для защиты от аэродинамического нагрева во время прохождения через атмосферу.
На блоке «Ц» впервые в СССР применены кислородно-водородные реактивные двигатели. Хвостовой отсек блоке с четырьмя однокамерными двигателями имеет сложную форму, образованную цилиндрической частью, цилиндрической и конической обечайками, разделенными коническими обтекателями двигателей. С донной части каждый ЖРД закрыт качающимся вместе с ним эллиптическим обтекателем-экраном, из которого выступает сопловая часть двигателя. «Буран» устанавливается на блоке «Ц» с помощью верхнего и нижнего узлов связи, из которых опорным является нижний, а верхний выполнен в виде плавающей опоры, что позволяет компенсировать механические и тепловые деформации блока и орбитального корабля (в заправленном состоянии блок «Ц» укорачивается на несколько сантиметров).
Отделение космического «челнока» происходит на высоте около 120 км и скорости, близкой к первой космической. Блок «Ц» падает в расчетный район акватории Тихого океана - так с называемую «антиподную» точку. Последняя сохраняет свое положении независимо от различных азимуте в пуска ракеты-носителя, необходимых для вывода полезных нагрузок на орбиты с различным наклонением. «Буран» с помощью двух импульсов объединенной двигательной установки (ОДУ), включающей в себя два ЖРД орбитального маневрирования, довыводится на опорную круговую орбиту, С помощью этих же двигателей осуществляется и торможение многоразового космического корабля для схода с орбиты.
Схема «Бурана» выбрана из условия обеспечения устойчивости и управляемости в диапазоне скоростей от 0,3 до 15 чисел Маха. Как и «Спейтс Шаттл», он выполнен по схеме «бесхвостка" с крылом двойной стреловидности, которое хорошо работает при больших углах атаки на малых скоростях, обеспечивая посадочную скорость около 340 км/ч, и в то же время обеспечивает балансировку орбитального корабля при различных числах М за счет корневых наплывов и крутки крыла по размаху. Органами управления, помимо ЖРД реактивной системы управления, являются элевоны, подфюэеляжный балансировочный щиток и руль поворота.
Фюзеляж аппарата можно разделить на три части: носовую, среднюю и хвостовую. В носовой находятся блок двигателей и вставная двухъярусная гермокабина экипажа. В верхней ее части - командный отсек с местами пилотов, рабочими местами операторов полезной нагрузки и манипулятора, а в нижней - бытовой отсек. В последнем имеются два люка - входной на левом борту фюзеляжа и люк для выхода в отсек полезного груза. Этот отсек занимает всю среднюю часть фюзеляжа. Его длина составляет 18,3 м, внутренний диаметр 4,7 м. Он закрыт 8 створками, с внутренней стороны которых находятся радиаторы системы терморегулирования, необходимой во время орбитального полета. По бокам отсека можно видеть 12 малых дренажных створок (половина из них обычна закрыта). Их назначение станет понятным, если учесть, что при выведении корабля на орбиту он за считанные минуты попадает из атмосферного давления в глубокий вакуум. Без дренажа отсека полезного груза его створки раскрылись бы от внутреннего давления, а при спуске с орбиты еще хуже: вакуумированный отсек был бы раздавлен атмосферным давлением.
Внутри хвостовой части фюзеляжа размещены баки ОДУ (жидкого кислорода и углеводородного горючего). Из этих баков питаются двигатели орбитального маневрирования и все системы управления. За хвостовой срез фюзеляжа выступают два блока управляющих двигателей, обтекатель ОДУ и контейнер с тормозной трех-купольной парашютной системой, используемой для сокращения пробега «челнока» на посадочной полосе. Для торможения также предусмотрен расщепляющийся двухсекционный руль поворота - воздушный тормоз. Возникающий при его раскрытии кабрирующий момент компенсируется отклонением балансировочного щитка.
Вся поверхность «Бурана» покрыта теплозащитными плитками, изготовленными из материала на основе кварцевого волокна. Нижняя часть корабля покрыта высокотемпературными плитками черного цвета, а наиболее нагруженные передние кромки крыла, киля и носок фюзеляжа - плитками из композиционного материала на основе углерода. Белый цвет плиток соответствует зонам с меньшим нагревом.
С созданием ракетно-космического комплекса «Буран» - «Энергия» открываются новые возможности применения космической техники. Не следует рассматривать его как транспортную систему, аналогичную одноразовым ракетам - при таком подходе «Буран», конечно, окажется в проигрыше. Но он же является уникальной космической платформой для проведения всевозможных экспериментов и операций с крупногабаритной неотделяемой научной аппаратурой. С его помощью возможно осуществление экспериментов с развертыванием в космосе тросовых систем (в том числе зондирование привязным спутником верхних слоев атмосферы), сборка из модулей и ферм крупногабаритных конструкций и проведение ремонтно-восстановительных операций на орбите с возможной доставкой космических аппаратов на Землю. Используемый во взаимодействии с грузовым вариантом транспортной системы «Энергия» и одноразовыми ракетами-носителями, многоразовый орбитальный корабль «Буран» позволит эффективно решать многие задачи современной космонавтики.
А. НАБИУЛИН, инженер
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА «БУРАН» - «ЭНЕРГИЯ»
(ПО ДАННЫМ, ОПУБЛИКОВАННЫМ НА 38-М МЕЖДУНАРОДНОМ АВИАСАЛОНЕ ЛЕ-БУРЖЕ 1989 г.):
Стартовая масса - до 2400 т
РН «ЭНЕРГИЯ»:
Суммарная тяга ЖРД 1-й и 2-й ступеней на старте - 3550 тс
Начальная перегрузка - 1,48
Тяга ЖРД РД-170:
на Земле - 740 тс
в пустоте - 806 тс
Тяга ЖРД 1-й ступени:
на Земле - 148 тс
в пустоте - 200 тс
Масса конструкции - около 300 т
ОК «БУРАН»:
Стартовая масса - 105 т
Посадочная масса - до 82 т
Масса конструкции - 62 т
Масса полезного груза:
на орбите Н-250 км - до 30 т
на орбите Н-450 км - до 27 т
Масса груза, возвращаемого на Землю - до 13 т
Масса топлива ОДУ:
штатная - 8 т
максимальная - 14 т
Максимальная высота орбиты (при максимальной заправке ОДУ) - 800-1000 км
Тяга ЖРД орбитального маневрирования - 2X83 тс
Количество и тяга ЖРД РСУ - 38Х387 кгс, 8Х20 кгс
Площадь несущей поверхности ОК - 260 м2
Объем кабины экипажа - 73 м3
Посадочная скорость - 340 км/ч
Скачать этот чертеж большого размера - 2292х3083
Орбитальный корабль «Буран»: 1 - носовой блок двигателей управления, 2 - входной люк, 3 - створки дренажа отсека полезного груза, 4 - створки отсека полезного груза, 5 - руль поворота - воздушный тормоз, 6 - контейнер тормозной парашютной системы, 7 - модуль объединенной двигательной установки (ОДУ), 8 - балансировочный щиток, 9 - двигатель орбитального маневрирования, 10 - иллюминатор, 11 - хвостовой блок двигателей управления, 12 - секции элевонов.
Скачать этот чертеж большого размера - 2990х1844
Ракета-носитель «Энергия»: 1 - бак окислителя блока «Ц», 2 - межбаковый отсек, 3 - верхний узел связи блоков «А» и «Ц», 4 - бак горючего блока «Ц», 5 - трубопроводы наддува и дренажа бака окислителя блока «Ц», 6 - антенны системы телеметрии, 7 - плата гироприборов, 8 - верхний узел связи РН и ОК, 9 - хвостовой отсек блока «Ц», 10 - нижний узел связи блоков «А» и «Ц», 11 - твердотопливные двигатели системы разделения ступеней, 12 - трубопровод дренажа водорода, 13 - обтекатель двигателя второй ступени, 14 - трубопроводы наддува и дренажа бака горючего блока «Ц», 15 - гаргроты бортовой кабельной сети блока «Ц», 16, 17 - обтекатели парашютной системы и посадочных устройств блока «А», 18 - нижний узел связи РН и ОК, 19 - электроразъемы связей РН и ОК, 20 - верхний пояс межблочных связей параблока, 21 - нижний пояс межблочных связей параблока, 22 - разъемы пневмогидравлической системы блока «Ц», 23 - бак окислителя блока «А», 24 - бак горючего блока «А», 25 - твердотопливные двигатели системы разделения параблоков. На видах А и Г литерами О1, О2, О3 и О4 обозначены шарниры межблочных связей. Виды Д и Г увеличены в два раза по отношению к общему виду.
Скачать этот чертеж большого размера - 2971х2264
Источник: "Моделист-Конструктор" 1990, №11
PRETICH.ru
***
Rocket and Space Complex "Buran-Energia" of the USSR
SPACE "shuttles"
Orbital ship "Buran" and its carrier - rocket "Energy" has become one of the symbols of progress of Soviet science and technology. You can have different attitudes to the economic efficiency of our space program, but one thing is certain - the rocket-space complex is a breakthrough in the future, an important step towards the further development of the universe.
Today we publish the story of a unique system, as well as her drawings prepared on materials provided by the editorial board of scientific and production association "Energy".
Universal rocket and space complex "Buran" - "Energy" established a team of experts research and production association "Energy", headed by chief designers of a corresponding member of the Academy of Sciences of the USSR Yu P. Semenov and doctor of technical sciences BI Gubanov under the general supervision of Academician . Glushko. Participated in dozens of other organizations of various ministries and departments.
Complex "Buran" - "Energy" is one of two variants of the universal space-rocket system "Energy". Last created on the basis of heavy two-stage launch vehicle (LV) longitudinal dividing circuit stages. Design features RN - asymmetrical arrangement associated with the need to be placed on the container itself as a payload, and the orbiter (OK) "Buran". To this end, four side block of the first stage (blocks "A") are offset relative to the longitudinal axis of the central block ("C") in a direction opposite the payload. To compensate for the asymmetric arrangement of the payload during the second stage of the four liquid rocket engine (LRE) of the block "C" is also offset with respect to the longitudinal axis.
Because of the dense arrangement of blocks "A" at staging to avoid collisions they are separated in pairs; for this purpose they are connected by two bonds to the interblock belts so-called "parabloki". Separated at an altitude of about 40 km and the speed of 1.8 km / s, parabloki is flying along a ballistic trajectory, on the descending branch of which they are separated.
A characteristic feature of the blocks "A" - the presence of large fairings parachute jet landing system. This system after separation parablokov provides a soft landing and braking unit at a distance of about 400 km from the launch complex. It is worth noting that the salvation of thin liquid rocket blocks with planting them on the land is a more technical challenge than saving solid complex accelerators American "Space Shuttle" and their subsequent splashdown. However, testing of the system will begin the next phase of testing, and the first two launches "Energy" rescue units had been made. It is also noteworthy that in order to reduce the cost of developing side blocks their design to unify with the first stage of a new disposable rocket "Zenith", the exploitation of which began in 1987. In both cases, the propulsion system is a four-RD-170, operating on liquid oxygen and hydrocarbon fuel.
Four side block differ from each other mainly in the placement of solid rocket motors (solid propellant) separation system. They are set in such a way as to ensure a shock-free separation parablokov and parallel pulling to one side of the orbiter (the initial gap between the blocks "A" and OK less than a meter). In this highly undesirable impact jets of rocket engines on the block "C", so that the nozzle RDTT deployed, and the block "C" is additionally protected by a heat resistant coating is distinguished by its gray color. A similar coating is applied on top of the unit "A" and "C" for protection from aerodynamic heating during passage through the atmosphere.
On the block "C" for the first time in the Soviet Union used the oxygen-hydrogen jet engines. Tail section block with four single-compartment motor has a complicated shape formed by the cylindrical portion and the conical cylindrical shells separated conical engine fairing. With each LRE bottom with closed swinging them fairing elliptical-screen, from which a nozzle of the engine. "Buran" is set on the block "C" using the upper and lower communication centers, of which the reference is to the bottom and the top is designed as a floating support, to compensate for the mechanical and thermal deformation of the block and the orbiter (in the filled state block "C" shortened by a few centimeters).
Branch space "shuttle" comes at an altitude of about 120 km and a speed close to the first space. Block "C" falls in the settlement area of the Pacific Ocean - with so-called "antipodal" point. Last retains its position regardless of the different azimuth launch rocket needed to display the payloads into orbit with different inclination. "Buran" with two pulses combined propulsion system (TAC), which includes two LRE orbital maneuvering dovyvoditsya to support circular orbit using the same engine and braking is done reusable spacecraft for orbital decay.
Scheme "Buran" selected to provide stability and control in the speed range from 0.3 to 15 Mach numbers. Like "Speight Shuttle", it is made on a "tailless" with a double-wing sweep, which works well at high angles of attack at low speeds, providing a landing speed of about 340 km / h, and at the same time provides a balancing orbiter at different Mach numbers at the expense of root sag and twist along the span of the wing. The management bodies, in addition to the LRE reactive control systems are elevons, podfyueelyazhny balancing flap and rudder.
Fuselage apparatus can be divided into three parts: a nose, intermediate and tail. In the bow are the engine block and plug-bunk pressurized cabin crew. In its upper part - with the command module pilot's seat, the operator's workplace payload and the manipulator, and the bottom - habitation module. In the latter there are two hatches - the input on the left side of the fuselage and the hatch to access the payload bay. This compartment occupies the entire middle section of the fuselage. Its length is 18.3 m, the inner diameter of 4.7 m. It is closed shutters 8, inside which there are radiators temperature control system required during orbital flight. On the sides of the compartment can be seen 12 small drainage flaps (half of them usually closed). Their purpose becomes clear when you consider that in deriving the spacecraft into orbit for a few minutes he gets from atmospheric pressure to high vacuum. Without draining the payload bay leaf it opened to the internal pressure, and the descent from orbit even worse: an evacuated chamber would be crushed by atmospheric pressure.
Inside the rear fuselage tanks placed ODE (liquid oxygen and hydrocarbon fuel). From these tanks are powered engines of the orbital maneuvering system and all controls. For the tail section of the fuselage are the two blocks to control the motor fairing TACs and container with brake three-dome parachute system used to reduce the mileage "hook" on the runway. For braking is also provided fissionable two-piece rudder - air brake. Resulting in its disclosure pitching moment is compensated deviation balancing flap.
The entire surface of "Buran" is covered with heat-shielding tiles made of a material based on quartz fiber. The lower part of the ship is covered with high-temperature black tiles, and most loaded front edge of the wing, fuselage keel and sock - the tiles of a composite material based on carbon. White color tiles corresponds to zones with less heat.
With the creation of space rocket complex "Buran" - "Energy" opens up new possibilities of space applications. You should not consider it as a transport system similar to disposable rockets - such an approach "Buran", of course, would be the loser. But it is also a unique space platform for all kinds of experiments and operations with large detachable part of the scientific equipment. With it possible to carry out experiments in space with the deployment of cable systems (including tethered satellite sensing of the upper atmosphere), the assembly of the modules and farms and large-scale structures for repair and recovery operations in an orbit with the possibility of delivery of spacecraft to Earth. Used in conjunction with a cargo variant of the transport system "Energy" and expendable launchers, reusable orbital ship "Buran" will effectively solve many problems of modern astronautics.
A. Nabiulin engineer |
