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.
1Настоящая 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»
ХАРАКТЕРИСТИКИ
- Состав КРК
- Цель создания КРК
- Требования, предъявляемые к КРК
- Общие требования к РН
- Общие требования к УТК и УСК
- Энергетические характеристики СрВ
- Эксплуатационные характеристики СрВ
- Экономические характеристики СрВ
- Тактико-технические характеристики
Космический ракетный комплекс (КРК) - это совокупность разнородных по условиям эксплуатации основных компонентов, предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций, обеспечивающих размещение в космическом пространстве различных объектов, включая все технологические операции по подготовке к пуску и его реализацию. В состав КРК входят ракеты-носители конкретного типа с ее возможными модификациями, технические средства, сооружения с техническими системами и коммуникациями, предназначенными для проведения заданной технологии с ракетами космического назначения, собранными на основе данной РН, средств по их подготовке к пуску, содержанию в установленных готовностях, пуску и управлению на активном участке траектории. На рис 9.1 в качестве примера представлен принципиальный состав КРК, который можно разделить на две группы: средства выведения и средства наземного обеспечения (наземный комплекс).
Рис. 9.1. Принципиальный состав космического ракетного
комплекса.
РКН – ракета космического назначения; КСТ – комплекс средств транспортировки; ТК – технический комплекс; СК – стартовый комплекс; АСУПП – автоматизированная система управления подготовкой и пуском; НИК – наземный измерительный комплекс.
Средства выведения (более полное название – средства выведения орбитальных средств) – это космические средства, предназначенные для доставки орбитальных средств с поверхности планеты в заданные области космического пространства с заданными параметрами движения
Средства выведения (СрВ), в соответствии с современным представлением о них, включают в свой состав ряд устройств, обеспечивающих изменения скорости, необходимые для реализации транспортной операции, которые могут включать по необходимости и возвращение полезных грузов на Землю. Формирование его состава в рамках определенного космического ракетного комплекса зависит в первую очередь от его назначения и концепции транспортной операции.
Разбиение наземного комплекса на составные элементы и определение их функций зависит от самых разных причин, например от типа старта или технологических особенностей подготовки РН к пуску. Принципиально важным является полнота функций с тем, чтобы был обеспечен весь цикл работ по обеспечению средств выведения к пуску и пуску.
К настоящему времени существует большое разнообразие КРК, отличающихся друг от друга рядом принципиальных признаком, что позволяет классифицировать КРК по:
Степени мобильности (стационарные, подвижные);
Месту размещения РН в момент старта (наземные, воздушные, корабельные, подводные, шахтные);
Кратности использования материальной части РН (одноразовые, частично
многоразовые, полностью многоразовые).
Выбор конкретной реализации КРК во многом определяется спектром задач, возлагаемых на него, как составную часть ракетно-космического комплекса (РКК) с определенными функциями.
И если первые РКК, созданные на базе межконтинентальных ракет и их модификаций решали одну задачу – сообщение полезному грузу скорости, необходимой для формирования орбиты ИСЗ или отлетной траектории для полета к другим небесным телам, то круг задач по мере развития космической техники расширился и продолжает расширяться. Их многообразие можно условно распределить на две группы: транспортные задачи и задачи, решаемые в составе орбитальных космических комплексов.
Транспортные задачи. Основной транспортной задачей остается выведение полезных грузов на орбиты заданных высот и наклонений. Имея в виду, что при выведении на высоко-энергетические орбиты в состав средств выведения будет входить разгонный блок или межорбитальный транспортный аппарат.
Другой важной транспортной задачей является межорбитальная транспортировка полезных грузов, заключающаяся в изменении высот и наклонений их орбит. Для изменения наклонения и подъема полезных грузов высокие орбиты целесообразно использовать разгонные блоки и межорбитальные транспортные аппараты, а при необходимости существенного изменения наклонения орбиты можно использовать ракетно-аэродинамический маневр орбитальной ступени, т.е. траекторию полета с погружением в атмосферу Земли, разворотом на заданный угол и последующим набором высоты.
Задачи, решаемые в составе орбитальной космической станции. В процессе эксплуатации орбитальной космической станции предполагается выполнения ряда функций, включая:
Смену экипажа;
Доставка на борт станции расходных материалов, исследовательского и специального оборудования;
Возвращение на Землю результатов экспериментов, исследовательского и специального оборудования и элементов орбитальной станции, например, для детального изучения их на Земле после длительного их
функционирования в космическом пространстве.
Приведенный перечень задач далеко не исчерпан и в первую очередь из-за отсутствия в нем задач, характерных для программ Министерства обороны.
Очевидно, что для решения любой возникшей задачи, прежде всего, исследуются возможности существующего парка. В случае, когда по каким-то причинам существующие средства не соответствуют возлагаемым задачам, рассматриваются варианты их модификации, включая создание дополнительных ступеней или КА, которые дополнили бы функции ракетно-космического комплекса до требуемого уровня. Решение о создании нового средства выведения принимается для придания национальному парку средств выведения каких-то новых свойств или повышения его эффективности, как относительно обеспечения национальной космической программы, так и увеличения конкурентоспособности на рынке пусковых услуг.
В соответствие с последовательностью системотехнических процедур процесс создания КРК начинается с анализа целей системы вышестоящего уровня (надсистемы) и определения целей для разрабатываемого объекта. Примером цели надсистемы является создание ракетно-космического комплекса (РКК) для обеспечения определенной космической программы (например, создание в США РКК Saturn 5 - Apollo для обеспечения пилотируемых полетов на Луну, создание в СССР РКК Н1 – Л3 для подобной цели), пополнения национального парка средств выведения для обеспечения спектра перспективных программ или замены морально устаревшего комплекса). Цели создания КРК вытекают из целей соответствующих РКК, находясь на соответствующем уровне иерархии целей («дерева» целей).
В качестве примера рассмотрим государственной программу “Ангара”, разрабатываемую ГК НПЦ им. Хруничева.
Целью программы «Ангара» является разработка семейства космических ракетных комплексов различного класса, превосходящих по уровню своих технико-экономических характеристик лучшие эксплуатируемые и создаваемые ракеты-носители и предназначенные для решения задач в интересах Министерства Обороны РФ, Федеральной космической программы РФ, а также для применения на международном рынке космических услуг по запуску коммерческих КА.
Это семейство комплексов должна обладать:
Более высокими технико-экономическими показателями, а также высокой надежностью в сравнении с существующими и вновь разрабатываемыми зарубежными аналогами;
Возможностью к дальнейшим модификациям, и в первую очередь при создании многоразовых отечественных РН;
Адаптивностью к изменению задач, выполняемых в интересах государства и международного рынка.
После определения цели в рамках концептуального проектирования разрабатывается укрупненная структура технических средств для достижения сформулированной цели и формируются показатели качества, представляющие собой, в первую очередь, количественные характеристики и ограничения, определяющие требования к КРК в целом и каждой из ее компонент следующего уровня. По результатам концептуального (внешнего) проектирования разрабатывается тактико-техническое задание (ТТЗ) на следующий этап жизненного цикла – этап опытно-конструкторских работ, которое утверждается руководителем организации – Заказчика и отрасли Исполнителя. В этом документе формулируется развернутая цель программы на этот этап работ, определяется состав КРК и достаточно подробно рассматриваются как технические требования и ограничения к каждой из его составляющих, так и требования относящихся к вопросам организации работ, обеспечения эксплуатационных характеристик и экономических показателей и сроков выполнения работ.
В частности, в упомянутой программе «Ангара» по результатам концептуального проектирования было разработано тактико-техническое задание на опытно-конструкторские работы (ОКР), в котором в разделе цель программы на этот этап работ содержится три положения:
Цель выполнения ОКР состоит в поэтапном создании перспективного КРК с семейством ракет–носителей на основе единого универсального ракетного модуля в обеспечение гарантированного доступа Российской Федерации в космическое пространство, ее самостоятельности в области космической деятельности вне зависимости от характера и направленности развития военно-политических и экономических взаимоотношений с другими странами.
КРК "Ангара" должен базироваться на космодроме "Плесецк". (Примечание: Должна быть проработана возможность запусков РН с космодромов «Свободный» и «Байконур»)
КРК "Ангара" разрабатывается как комплекс двойного применения для запусков КА в интересах Минобороны РФ, по Федеральной космической программе и по коммерческим программам. КРК предназначен для выведения КА различного назначения на низкие, средние, высокие круговые и эллиптические орбиты (в том числе солнечно-синхронные, геостационарную, приполярные, полусуточные), а также на отлетные траектории к планетам Солнечной системы.
В ТТЗ сформулированы как требования к КРК в целом, так и каждому его компоненту в соответствии с определенной в рамках концептуального проектирования структурой комплекса (см. Рис.9.1).
Ниже, в качестве примера, в сокращенном виде приведены также сформулированные в этом документе общие требования к РН тяжелого класса и требования к стартовому и техническому комплексам.
Общие требования к РН
Энергетические возможности РН тяжелого класса (РН с РБ) должны обеспечивать выведение с космодрома «Плесецк» полезных грузов, примерный перечень которых приведен в специальном приложении. При этом разработчиком должны быть проработаны пути реализации энергетических возможностей РН, достаточных для выведения:
На круговую орбиту с высотой 200 км и наклонением 63 град. полезного груза массой 24,0 т;
На круговую орбиту высотой 2000 км и наклонением 63 град. полезного груза массой 16 т;
На геостационарную орбиту полезного груза массой 3,5 т.
Примечания:
1. Расчеты предельных энергетических возможностей РН (РН с РБ) по выведению КА на их рабочие орбиты должны быть проведены с учетом выделенных районов падения отделяющихся частей РКН.
2. Расчеты энергетических возможностей РН (РН с РБ) должны быть проведены исходя из условия непрохождения трасс выведения над густонаселенными районами РФ и территорией других государств.
3. В ходе эскизного проектирования должны быть оценены энергетические возможности РН с РБ по выведению полезных грузов в любую по долготе точку геостационарной орбиты, на высокие круговые (в том числе полусуточные, приполярные) и высокоэллиптические орбиты, а также на отлетные траектории к планетам Солнечной системы.
4. Оценки энергетических возможностей РН с РБ по выведению полезного груза на геостационарную орбиту должны быть проведены для традиционных схем выведения, для схем с биэллиптическим переходом и с использованием гравитационного поля Луны.
5. Вероятность того, что энергетические возможности РН и РБ достаточны для выполнения задач выведения, (P дост) должна быть не менее 0,9985.
Должны быть проведены расчеты предельных энергетических возможностей РН (РН с РБ) при их пусках с космодромов «Свободный» и «Байконур».
Общие требования к УТК и УСК
УСК и УТК должны создаваться из условия гарантированной подготовки и пуска РКН легкого, среднего и тяжелого классов и обеспечивать:
Совместную среднегодовую производительность по подготовке и пуску 10 РКН тяжелого класса;
Время нахождения УСК в «Готовности №1» не менее 5 суток.
На УСК и УТК должен быть обеспечен единый цикл подготовки к пуску семейства РКН, предусматривающий совмещение по времени подготовки РН и КА.
В качестве основного варианта создания УСК и УТК должен быть рассмотрен вариант на базе космического ракетного комплекса «Зенит», строящегося на космодроме «Плесецк»;
При разработке УТК, УСК и АСУ ПП РКН должен быть использован задел по ранее разработанным комплексам.
Технический комплекс должен обеспечивать:
Выполнение основных и вспомогательных технологических операций по приему, контролю и содержанию в готовностях РН, сборку, испытания отдельных ступеней РН, стыковку и проверку РКН;
Проведение работ по понижению готовности (в том числе до состояния поставки) РН, прием РКН возвращаемых с универсального стартового комплекса при несостоявшемся пуске;
Доставку РН, из МИКа в хранилище технического комплекса и обратно.
Производительность УТК по классам РН (РКН) должна быть не ниже производительности УСК.
УТК должен допускать одновременное выполнение операций проверки и подготовки РН (РКН) различных классов на рабочих местах подготовки и независимость проведения подготовки РН (РКН) на УТК от проведения предстартовой подготовки и пуска РКН на СК.
Рабочие места подготовки РН (РКН), а также места хранения РН (РКН) на УТК должны быть универсальными и предназначаться для подготовки и хранения РН (РКН) легкого, среднего и тяжелого классов.
УСК должен обеспечивать:
Транспортировку, проведение испытаний, подготовку и пуск РКН;
Стоянку в течение необходимого времени на пусковых установках заправленных и не заправленных РКН легкого, среднего и тяжелого классов в соответствии с требованиями;
Слив компонентов топлива в случае несостоявшегося пуска;
Сохранность основных сооружений КРК при взрыве (пожаре) РКН на ПУ, либо одного из хранилищ КРТ, либо объекта системы газоснабжения;
Дистанционное автоматизированное управление технологическими операциями и контроль параметров технологического оборудования, бортовых систем РН и КА при подготовке к пуску, пуске и снятии РН с ПУ в случае несостоявшегося пуска;
Эвакуацию личного состава боевых расчетов при возникновении аварийных ситуаций на комплексе;
Автоматическую киносъемку и телевизионное наблюдение технологических процессов на комплексе, а также видеозапись изображения с устройством «стоп-кадр» и привязкой кадров к сигналам единого времени;
Контроль допустимой концентрации паров и газов в сооружениях комплекса со световой и звуковой сигнализацией;
Технологическую связь (МШГС);
Автономное энергопитание на весь цикл подготовки РКН
Для создания конкретного средства выведения ключевыми в Техническом задании являются требования к энергетическим, эксплуатационным и экономическим характеристикам. Ниже представлен примерный состав таких характеристик.
Энергетические характеристики.
Под энергетическими характеристиками понимают величину массы полезной нагрузки, выводимой на заданную орбиту. Ввиду того, что для разных КА заданными являются орбиты различной высоты и наклонения, то обычно энергетические характеристики нормируются для некоторой условной орбиты, например – стандартной (Н = 200 км, i = 90 град).
Учитывая конструктивные особенности и назначение конкретного типа СВ, определяющих схему выведения полезного груза, в ТТЗ может быть задана одна или несколько из следующих орбит выведения:
Незамкнутая с отрицательной величиной перигея
Круговая с заданной высотой и наклонением
Эллиптическая с заданной величиной апогея и перигея
Переходная к ГСО
Геостационарная
Солнечно-синхронная с заданной высотой и наклонением
Отлетные траектории к орбитам планет Солнечной системы
Совокупность нескольких орбит выведения для универсальных СВ.
При выведении на незамкнутую орбиту в ТТЗ обычно задается импульс скорости, необходимый для перевода полезного груза на рабочую орбиту, который реализуется с помощью двигательной установкой КА или с помощью блока довыведения.
При выведении полезных грузов на высоко энергетических орбит в ТТЗ задается схема выведения (апогейная, перигейная и т.п., число импульсов перехода и др.).
Для многоразовых орбитальных ступеней в ТТЗ задается величина импульса скорости, необходимого для схода с орбиты, а также величина бокового маневра на участке спуска с орбиты.
Эксплуатационные характеристики.
К эксплуатационным характеристикам относятся характеристики, связанные с подготовкой и запуском СрВ, а для многоразовых СрВ – также и с межполетным обслуживанием. В первую очередь это временные характеристики, к которым относятся следующие:
Время транспортировки СрВ с завода-изготовителя на космодром;
Время подготовки СрВ на техническом и стартовом комплексах
Время пуска СрВ из различных степеней готовности и максимальная
продолжительность нахождения СрВ в этих готовностях,
время выведения ПГ на заданную орбиту;
Время межполетного обслуживания многоразовых СрВ,
Необходимость обеспечения быстрой встречи на орбите для проведения операций по обслуживанию, снабжению и особенно спасательных операций, предъявляют определенные требования к энерговооруженности и другим эксплуатационным характеристикам средств выведения. Для многоразовых ступеней СрВ в ТТЗ задается время спуска и посадки. Требования по надежности задаются вероятностью успешного выведения ПГ на заданную орбиту. Для пилотируемых СрВ, кроме того, задается вероятность обеспечения безопасности экипажа с учетом надежности как СрВ в целом, так и средств спасения (САС, катапультируемая кабина и т.п.). Кроме того, в ТТЗ может задаваться надежность отдельных систем и агрегатов, и в первую очередь надежность ДУ, в том числе с учетом системы аварийной защиты (САЗ).
Экономические характеристики СрВ.
Экономические характеристики определяются статьями стоимостных затрат на программу пусков, включая:
Стоимость разработки (Включая стоимость испытаний) - ;
Стоимость изготовления - ;
Стоимость эксплуатации - .
Стоимость разработки и испытания практически не зависят от общего количества запусков в программе. При малом количестве запусков затраты, на эти статьи являются определяющими, что требует упрощения процесса разработки СрВ за счет разумного снижения ряда основных характеристик.
При большом количестве запусков в программе возрастает доля общих затрат на изготовление и эксплуатацию при одновременном снижении затрат на изготовление каждого экземпляра СрВ и его эксплуатацию при одноразовом запуске. Это требует снижения удельной стоимости выведения ПГ, например, за счет многоразового использования СрВ.
Из этого достаточно большого перечня характеристик часто для обобщенного представления о РН, как летательном аппарате, используется более краткий перечень, получивший название тактико-технические характеристики и включающий в свой состав:
Диапазон параметров орбиты назначения (высоты перигея и апогея,
наклонение);
Соответствующую определенным параметрам орбиты назначения массу полезного груза;
Точность выведения, определяемую допускаемым разбросом
параметров орбиты;
Допустимый разброс времени выведения на орбиту;
Время подготовки и осуществления запуска.
Литература
1. Сердюк В.К., Толяренко Н.В., Хлебникова Н.Н. Транспортные средства обеспечения космических программ/ Под ред. Мишина В.П.//Итоги науки и техники: Серия Ракетостроение и космическая техника. М.: ВИНИТИ. 1990. Том 11. 276 с.
2. Сердюк В.К., Толяренко Н.В. Межорбитальные транспортные аппараты/ Под ред. Константинова М.С.// Итоги науки и техники: Серия Ракетостроение и космическая техника. М.: ВИНИТИ. 1989. Том 10. 282 с .
3. Ракеты-носители (В.А.Александров, В.В.Владимиров, Р.Д.Дмитриев, С.О.Осипов; Под ред. С.О.Осипова – М.: Воениздат, 1981. –315 с.
4. Введение в аэрокосмическую технику: Учеб. Пособие/ В.Н. Кобелев,
А.Г.Милованов, А.Е. Волхонский; Под редакцией В.Н. Кобелева; МГАТУ. М.,
Космический ракетный комплекс
Космический ракетный комплекс – ракетная система, состоящая из космического корабля и разгонных блоков. В 1962 г. было начато проектирование опытного образца ракетно-космического комплекса серии «Союз». Разработка была начата ракетно-космической корпорацией «Энергия», в те времена она именовалась ОКБ-1.
Первоначальной задачей было создание космического летательного аппарата, пригодного для облета Луны.
В дальнейшем направление исследовательских работ было перенаправлено на создание трехместного орбитального корабля.
Его основным назначением должна была стать отработка операций маневрирования и стыковки на околоземной орбите, а также проведение различных экспериментов, в том числе изучение воздействия условий длительного космического полета на человеческий организм. Ракетно-космический комплекс «Союз» состоял из трех основных отсеков: спускаемый аппарат, он же кабина космонавтов; орбитальный отсек; приборно-агрегатный отсек.
Кроме того, имелась возможность дополнительно установить стыковочный узел, который мог быть активным либо пассивным. Внешняя поверхность корабля «Союз» была покрыта всевозможными датчиками научной аппаратуры, датчиками системы ориентации и оптическими устройствами. В стадии выведения на околоземную орбиту все устройства на внешней поверхности, во избежание повреждения, находились под защитой головного обтекателя, который впоследствии сбрасывался. «Союз» имел очень важное отличие от космических кораблей серий «Восток» и «Восход» – возможность осуществлять управление траекторией спуска. Этого можно было достигнуть посредством разворотов аппарата во время спуска по углу крена.
Первые испытания выявили ряд серьезных конструктивных недоработок, тем не менее 23 апреля 1967 г. состоялся первый запуск в пилотируемом режиме. Полет длился 27 ч, за которые космонавт, управляющий кораблем «Союз-1», полностью выполнил программу полета. К сожалению, при спуске космонавт погиб из-за неисправностей парашютной системы. К 1969 г. была завершена доработка ракетно-космического комплекса.
В дальнейшем система претерпела ряд серьезных конструктивных изменений. Корабль был переоборудован в двухместный, а также лишился систем жизнеобеспечения и солнечных батарей. Впоследствии корабль получил новый индекс «Союз-ТМ», что означало наличие новой двигательной установки, более совершенной парашютной системы, а также системы сближения.
Первый полет модифицированного корабля был совершен в 1986 г. на советскую станцию «Мир», а завершающий полет этой модификации состоялся в 2002 г. уже к другой орбитальной станции «МКС». В настоящее время российской «рабочей лошадкой» является модификация «Союз-ТМА». Корабль конструктивно изменен, улучшены условия работы космонавтов во время полетов на «МКС», улучшена парашютная система, снижена теплозащита.
Из книги 100 великих чудес техники автора Мусский Сергей Анатольевич Из книги 100 великих изобретений автора Рыжов Константин Владиславович95. КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ Космическими кораблями в наше время называются аппараты, созданные для доставки космонавтов на околоземную орбиту и возвращения их потом на Землю. Понятно, что технические требования к космическому кораблю более жесткие, чем к любым другим
Из книги Непознанное, отвергнутое или сокрытое автора Царева Ирина Борисовна Из книги Большая Советская Энциклопедия (ВО) автора БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (ЗЕ) автора БСЭ Из книги Большая Советская Энциклопедия (КО) автора БСЭ Из книги Мифы финно-угров автора Петрухин Владимир Яковлевич Из книги 100 знаменитых изобретений автора Пристинский Владислав Леонидович Из книги Гороскоп для всех возрастов человека автора Кваша Григорий Семенович Из книги Большая энциклопедия техники автора Коллектив авторов Из книги автора Из книги автора Из книги автораЗонд космический Зонд космический – автоматический космический аппарат, иногда с возможностью дистанционного управления с поверхности Земли, основной целью которого является исследование космического пространства либо тестирование каких-либо технологических
Из книги автораКосмический лифт Космический лифт – устройство, которое предположительно сможет осуществлять доставку грузов на планетарную орбиту либо за ее пределы.Первое упоминание о возможности создания устройства, способного осуществить доставку на орбиту, можно найти в трудах
Из книги автораКосмический корабль Космический корабль – космический аппарат, используемый для полетов по околоземной орбите, в том числе под управлением человека.Все космические корабли можно разделить на два класса: пилотируемые и запускаемые в режиме управления с поверхности
Из книги автораКосмический скафандр Космический скафандр – специальное снаряжение, которое было разработано и предназначено для изоляции человека или животного от внешней, космической, среды.Составные части снаряжения образуют оболочку, которая непроницаема для компонентов
, органы управления , проектирование баллистических ракет , разгонные блоки , ракетно-космические системы выведения , ракеты-носители , сопловые блоки , траектории полета , транспортные космические системы
На большом фактическом материале подробно прослежены основные этапы развития ракетно-космических систем выведения и представлены направления их совершенствования. Проведен детальный сравнительный анализ характеристик отечественных и зарубежных баллистических ракет дальнего действия и ракет-носителей, включая многоразовые транспортные космические системы. Изложены основы проектирования и особенности конструкции ракетно-космических средств выведения.
Для студентов технических университетов, обучающихся по ракетно-космическим специальностям и направлениям, а также для всех интересующихся историей развития ракетно-космической техники и перспективами ее совершенствования.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Часть 1. Основы устройства ракетно-космических систем выведения
Глава 1. Баллистические ракеты как основа создания ракет-носителей
1.1. Предыстория и начальные этапы создания первых БРДД
1.2. Основные понятия и термины
1.3. Усовершенствование конструктивно-компоновочной схемы одноступенчатых ракет для увеличения дальности и переход к многоступенчатым БРДД
Глава 2. Особенности конструкции баллистических ракет дальнего действия
2.1. Одноступенчатые ракеты
2.2. Многоступенчатые ракеты
2.3. Особенности боевых ракет
Глава 3. Влияние особенностей траектории на управление полетом ракеты
3.1. Функции системы управления
3.2. Органы управления
3.3. Развитие конструкции соплового блока РДТТ
3.4. Применение выдвижного насадка на ЖРД
Глава 4. Общая задача управления полетом
4.1. Основные способы управления
4.2. Способ управления по "жесткой" траектории
4.3. Система регулирования кажущейся скорости
4.4. Система синхронного опорожнения баков
4.5. Способ управления по "гибкой" траектории
4.6. Способ управления с коррекцией на пассивном участке траектории
Глава 5. Развитие конструкций межконтинентальных баллистических ракет и ракет-носителей
5.1. Основные направления развития
5.2. Базирование ракет-носителей и боевых баллистических ракет
5.3. Особенности отделения головной части и разделения ступеней у ракет с РДТТ
5.4. Ракета-носитель "Протон"
5.5. Использование криогенных компонентов топлива в ракетах-носителях
5.6. Ракета-носитель "Сатурн-V"
5.7. Ракета-носитель Н-1
5.8. Использование РДТТ в качестве "нулевой" (бустерной) ступени в ракетах-носителях
5.9. Использование гибридных двигателей в ракетных блоках
5.10. Разгонные блоки, или межорбитальные транспортные аппараты
5.11. Многоразовые транспортные космические системы
5.12. Баллистические ракеты подводных лодок
Глава 6. Современное состояние и тенденции развития средств выведения
6.1. Развитие конструкции ракет-носителей семейства "Союз" (Р-7)
6.2. Ракеты-носители семейства "Русь-М" и перспективный пилотируемый корабль нового поколения
6.3. Семейство ракет-носителей "Ангара"
6.4. Конверсионные ракеты-носители
6.5. Общие тенденции в развитии систем выведения
Часть 2. Основы проектирования баллистических ракет дальнего действия и ракет-носителей
Глава 7. Общая задача проектирования
7.1. Стадии проектирования
7.2. Основные тактико-технические требования
7.3. Критерии оптимизации и общая задача проектирования
Глава 8. Баллистический и массовый анализ
8.1. Анализ сил, действующих на ракету в полете на активном участке траектории
8.2. Уравнения движения ракеты на активном участке траектории
8.3. Уравнения движения ракеты в полярной системе координат
8.4. Изменение летных характеристик ракеты во время полета
8.5. Приближенное определение дальности полета. Задачи пассивного участка траектории
8.6. Уравнения движения ракеты на активном участке траектории в функции основных проектных параметров
8.7. Приближенное определение скорости ракеты
8.8. Влияние основных проектных параметров на скорость полета ракеты
8.9. Влияние основных проектных параметров на дальность полета ракеты
8.10. Массовый анализ одноступенчатой жидкостной ракеты
Глава 9. Особенности выбора основных проектных параметров многоступенчатой ракеты
9.1. Основная терминология
9.2. Определение скорости многоступенчатой ракеты
9.3. Определение основных проектных параметров многоступенчатой ракеты
Приложение. Программы выбора проектно-баллистических параметров
