5.2.5. Требования к безопасности

Требования по безопасности жизнедеятельности

В этом разделе должны быть отражены следующие вопросы:

- взрывобезопасность РН на стартовой позиции;

- наличие системы аварийного спасения на ракетах космического назначения, предназначенных для пилотируемых полётов, и на стартовых комплексах;

- наличие системы пожаротушения, как элементов стартового комплекса, так и отдельных зон двигательных отсеков РН.

В этих пунктах ТТТ приводятся также требования по безопасным условиям труда производственного и обслуживающего персонала, организации рабочих мест, помещений.

Требования по экологии

Требования по экологии в основном сводятся к рекомендации не применять токсичные компоненты топлива на первых ступенях РН. Токсичные компоненты топлива применяются только тогда, когда невозможно другими средствами обеспечить длительность хранения топлива, например для межпланетных полетов.

Требования к стандартизации и унификации

Основные требования этого раздела ОТТ сводятся к следующим пунктам:

- максимальное заимствование ранее изготовленных и отработанных узлов, агрегатов, приборов, механизмов, материалов, технологических решений;

- унификация узлов и оборудования.

Требования к технологичности

Эти требования в основном сводятся к использованию отработанных (относительно дешевых) технологий и внедрению и отработке прогрессивных технологий при изготовлении составных частей РН.

5.2.6. Конструктивные требования

Габаритные ограничения РН определяются сначала по изделиям-аналогам, затем уточняются по результатам расчета с учетом ограничений по размерам составных частей стартового комплекса.

Требования прочности

Требования по прочности обусловливаются тем, что силовые элементы конструкции должны иметь достаточную прочность и выдерживать нагрузки при всех предусмотренных расчетных случаях:

- по механическим воздействиям на РН во время наземной эксплуатации;

- по механическим воздействиям на РН во время вывода полезного груза (и приземления для возвращаемых блоков).

В табл. 5.2 представлены значения перегрузок, действующих на корпусные элементы конструкции в наземных расчетных случаях, а в табл. 5.3 - значения перегрузок, действующих на корпусные элементы конструкций КА в полетных расчетных случаях для РН типа «Союз».

Таблица 5.2. Перегрузки, действующие на корпусные элементы конструкции в некоторых наземных расчетных случаях

Расчетный случай	Эксплуатационные значения перегрузок			Коэффи-циент безопасности f	Расчетные значения перегрузок
Транспортирование автотранспортом	±2,0	1±2,0	±1,25	fcmam = 1,5 fдин = 2,0	±4,0	l,5±4,0	±2,5
Вертикальный перенос	-1,0±0,5	±0,3	±0,3	1,5	-l,5±0,75	±0,45	±0,45
Транспортирование по железной дороге:
- режим соударений	±3,0	-1,0±1,0	±0,8	fcmam = 1,5	±6,0	-l,5±2,0	±1,6
- режим установившегося движения	±1,0	-1±1,25	±1	fдин = 2,0	±2,0	-1,5±2,5	±2
Транспортирование в составе РН	±0,5	-1±0,7	—	1,5	±0,75	-l,5±l,05	—

Для обеспечения требований по прочности необходимо:

- провести анализ эксплуатации РН на всех этапах жизненного цикла и выбрать расчетные случаи;

- провести назначение коэффициентов безопасности;

- использовать адекватные методы расчета;

- использовать современное программное обеспечение такого рода расчетов.

Таблица 5.3. Перегрузки, действующие на корпусные элементы конструкций КА в полётных расчетных случаях для РН типа «Союз»

Расчетный случай	Эксплуатационные значения перегрузок		Коэф. безопас-ности f	Расчетные значения перегрузок
	продольная	поперечная		продольная	поперечная
Старт	1,6	3,0	1,3	2,08	3,9
max q	2,5	1,5	1,3	3,25	1,95
max nxI	4,7	0,7	1,3	6,11	0,91
Разделение I-II	4,1	1,4	1,3	5,33	1,82
min nxII	1,5	1,4	1,3	1,95	1,82
Разделение II-III	3,0	1,0	1,3	3,9	1,3
min nxllI	-1,5	1,2	1,3	-1,95	1,56
Отсечка ДУ III ступени	-2,5	0,5	1,3	-3,25	0,65

В частности, при проектировании отдельных составных частей РН приняты следующие значения коэффициентов безопасности:

- для сухих отсеков – 1,3;

- для баков – 1,5;

- для шаров-баллонов – 2,0;

- для ответственных элементов – 2,0.

В обоснованных случаях могут устанавливаться меньшие значения коэффициентов безопасности, как это было сделано на РН «Энергия».

Кроме того, необходимо стремиться по возможности к равнопрочности конструкции. Равнопрочная конструкция при прочих равных условиях обладает минимальной массой.

Требования жесткости

Требования по жесткости обусловливаются необходимостью сохранения требуемых форм, предельных значений прогибов, углов поворота сечений отдельных элементов конструкции. Например, если приборный отсек РН расположен в носовой или хвостовой части корпуса ракеты, то гироскопические приборы могут быть чувствительны к низкочастотным поперечным колебаниям корпуса ракеты.

Другой пример. Ракета "Атлас" имеет малые толщины оболочек баков, что накладывает дополнительные требования при эксплуатации ракеты. В частности, транспортировка ракеты предусмотрена только при наличии определенного давления в баках, иначе они просто потеряют свою форму (устойчивость).

Для РН «Энергия» при всяких эволюциях на земле также требуется иметь определённое давление наддува внутри баков.

Требования наименьшей массы и наибольшей плотности компоновки

Одним из ключевых требований при проектировании РН и разработке конструкции является вопрос об обеспечении минимальных значений массы и максимальной плотности компоновки. Малая масса элементов при прочих равных условиях характеризует степень их конструктивного совершенства. Увеличение плотности компоновки, как правило, ведет к уменьшению массы любого агрегата, узла, блока.

На массу конструкции РН оказывают влияние используемые конструкционные материалы. Рекомендуется использовать материалы с малой плотностью при достаточной прочности, в том числе и композиционные материалы. При этом необходимо учитывать производственную базу этих материалов.

На массу конструкции РН оказывает влияние точность определения действующих нагрузок и назначение коэффициентов безопасности.

Требования по аэродинамике

Требования по аэродинамике в основном сводятся к следующим.

На внешних поверхностях корпуса РН должно быть как можно меньше выступающих устройств. А если без них обойтись нельзя, то их необходимо закрывать обтекателями.

Кроме того, вводятся ограничения:

- по скорости РН в плотных слоях атмосферы;

- по углам атаки в момент достижения ракетой скорости звука;

- по углам атаки в момент прохождения максимальных скоростных напоров.

Требования по герметичности

Требования по герметичности обусловлены наличием в ракетах герметичных топливных баков и шаров-баллонов высокого давления, предназначенных для наддува баков, а также наличием герметичных приборных отсеков в разгонных блоках, которые представляют собой нечто среднее между ракетными блоками и космическими аппаратами.

К этим требованиям относятся:

- требования по показателям герметичности (натеканию);

- по сварке герметичных неразъемных элементов;

- по конструктивному исполнению герметичных разъемов;

- по проведению испытаний на герметичность в процессе производства;

- по контролю герметичности в процессе эксплуатации РН.

Требования по минимальному потреблению энергии

Эти требования обусловлены тем обстоятельством, что уменьшение электрической мощности аппаратуры приводит к уменьшению массы как самих элементов, так и системы электропитания. Например, турбогенераторный источник электропитания блока второй ступени ракеты-носителя «Энергия» имел мощность 24 кВт и массу 330 кг.

Требования по обеспечению теплового режима

Допустимо использование теплозащиты, теплоизоляции и термостатирования на отдельных составных частях конструкции РН для обеспечения теплового режима при подготовке к пуску, а также при прохождении максимальных скоростных напоров.

На внешней стороне баков с жидким кислородом теплозащитного покрытия может и не быть, так как баки покрываются толстым слоем конденсата воздуха (инея, снега со льдом), который и играет роль теплозащитного покрытия. При запуске двигательной установки конденсат разрушается и осыпается. Однако если полезная нагрузка находятся ниже бака жидкого кислорода, то она должна либо иметь теплозащитное покрытие, как это было сделано на «Буране», либо находиться в специальном контейнере, как это предполагалось сделать на ракете-носителе «Энергия» в дальнейших пусках.

Баки с жидким водородом должны обязательно иметь теплозащитное покрытие. При предстартовой подготовке теплозащита понижает скорость выкипания горючего, сохраняет по времени его плотность, повышает точность заправки, поддерживает заданную температуру для нормальной работы двигателей, сводит к минимуму сжижение воздуха на поверхности бака и образование льда. На участке выведения на орбиту теплозащита поддерживает температуру конструкции в расчетном диапазоне и уменьшает остаток жидкого водорода в баках.