16. Космические разгонные и апогейные ракетные блоки

Расширение номенклатуры решаемых задач существующими ракетами-носителями при запуске космических грузов различного назначения привело к созданию нового типа ракетных блоков верхних ступеней РН - космических разгонных и апогейных блоков. В технической литературе иногда их называют разгонными блоками или блоками выведения.

16.1. Космические разгонные блоки

Основные отличия космических разгонных блоков (КРБ) от обычных ракетных блоков состоят в том, что КРБ должны обеспечивать возможность осуществления сложных пространственных маневров в космосе, двигатели разгонных блоков должны запускаться многократно, после завершения работы КРБ должны осуществлять маневры для схода с орбиты и захоронения. Поскольку КРБ должны находиться в открытом космосе относительно длительное время, то они должны содержать в себе бортовые обеспечивающие системы, характерные для космических аппаратов, а именно: систему электропитания, терморегулирования, ориентации и стабилизации и др.

По сути, космические разгонные блоки представляют собой нечто среднее между обычными ракетными блоками и космическими аппаратами.

Выбор компоновочной схемы ракет-носителей с КРБ зависит от компоновочной схемы самого разгонного блока, от габаритов верхних ступеней ракеты-носителя, габаритов обтекателя, габаритов и массы полезных нагрузок. Варианты компоновочных схем разгонных блоков и их включения в состав ракеты-носителя проследим на примерах [34, 39].

Разгонный блок «Л»

Это самый первый разгонный блок, который использовался для отправки полезной нагрузки в район Луны в составе первых модификаций ракеты-носителя «Союз» . Компоновочная схема разгонного блока «Л» приведена на рис. 16.1.

1- ферма КА; 2 – плоскость разделения КА с разгонным блоком; 3 – плоскость стыка переходника; 4 – бак окислителя; 5 – бак горючего; 6 – плоскость отделения разгонного блока от фермы; 7 – ферма; 8 – плоскость стыка с РН; 9 – твердотопливный ракетный двигатель; 10 – двигатель 11Д33

Рис. 16.1. Компоновочная схема разгонного блока «Л»

Космический разгонный блок (блок выведения) «Икар»

Этот блок использовался для РН «Союз». Конструктивная схема РБ «Икар» представлена на рис. 16.2, а характеристики – в табл. 16.1. На рисунке введены следующие обозначения: 1 – плата электрического интерфейса; 2- рама с приборами обеспечивающих систем; 3 — приборный отсек; 4 – приборы системы телеметрического контроля; 5 - агрегатный отсек; 6 — химический источник тока; 7 – антенна командной радиолинии; 8 - комплексная двигательная установка (КДУ); 9 - микроЖРД КДУ; 10 – антенна командной радиолинии; 11 – антенна системы телеметрического контроля; 12 – инфракрасный построитель местной вертикали; 13 - переходное устройство для установки полезного груза; 14 – зона полезного груза.

Рис. 16.2. Космический разгонный блок (блок выведения )«Икар»

Таблица 16.1. Характеристики разгонного блока «Икар»

Масса блока выведения, кг	3210
В том числе масса топлива	900
Масса полезного груза, кг	2175
Параметры орбиты выведения: h, км Н, км	240 920
Наклонение, град	52
Высота конечной квазикруговой орбиты полезного груза, км	920
Размеры блока выведения диаметр, мм длина, мм	2720 2590
Срок активного существования, час	не менее 30
Завершение работы блока выведения	Увод с конечной орбиты или затопление
Тип ракеты-носителя	«Союз»

Конструктивная характеристика разгонного блока «Икар» составляет всего 1,39. Однако при его создании ставилась задача: разработать разгонный блок в кратчайшие сроки и с минимальной стоимостью. Для этого большая часть составных частей была заимствована из приборного отсека одного из космических аппаратов.

Блок выведения (космический разгонный блок) «Волга»

Этот блок предназначен для расширения номенклатуры решаемых задач по выведению полезных нагрузок РН типа «Союз». Общий вид блока показан на рис. 16.3, а характеристики - в табл. 16.2.

Рис. 16.3. Общий вид блока выведения «Волга»

Таблица 16.2. Основные характеристики блока выведения «Волга»

Характеристики	Значения
Компоненты топлива	АТИН+НДМГ
Тяга двигателя, Н	3000
Удельный импульс, м/с	3070
Масса, кг - в заправл. состоянии - "сухая" - топливо	1056-1656 756 300-900
Габариты, мм - диаметр - высота	2720 1025

В качестве двигательной установки на блоке выведения "Волга" используется объединенная двигательная установка (ОДУ) КА, разрабатываемая для космических аппаратов дистанционного зондирования Земли.

Космический разгонный блок «Фрегат»

Этот блок предназначается для использования с ракетами-носителями «Союз», «Зенит», «Протон» и устанавливается под головной обтекатель совместно с полезной нагрузкой.

При создании космического разгонного блока «Фрегат» основное внимание уделялось наибольшей эффективности в весовом отношении. Отношение массы заправленного разгонного блока «Фрегат» к массе его конструкции (конструктивная характеристика) составляет 5,94.

Внешний вид космического разгонного блока «Фрегат» показан на рис. 16.4. [39] а основные характеристики - в табл. 16.3.

Рис. 16.4. Космический разгонный блок «Фрегат» [39]

Таблица 16.3. Основные характеристики РБ «Фрегат»

Характеристики	Величина
Начальная масса при максимальной заправке, кг	6415-6535
Конечная масса, кг	980-1100
Габаритные размеры, мм:
высота	1500
диаметр(описанный)	3350
Маршевая двигательная установка:
наименование	С5-92
окислитель	AT (N2O4)
горючее	НДМГ
рабочий запас топлива, максимальный, кг	5350
тяга маршевого двигателя, кН	20
удельный импульс двигателя, м/с	3285
максимальное число включений двигателя	20
ДУ стабилизации, ориентации и обеспечения запуска:
топливо	гидразин
рабочий запас топлива, максимальный, кг	85
количество двигателей	12
тяга двигателей, Н	50
удельный импульс двигателей, м/с	2250

На рис. 16.4 введены следующие обозначения: 1- топливные баки; 2 – приборные контейнеры; 3 – двигатель С5-92; 4 – двигатели системы ориентации и обеспечения запуска (СОЗ); 5 - топливные баки СОЗ; 6 –баллоны с гелием; 7 – химическая батарея.

Конструктивную основу РБ «Фрегат» [39, 41] составляет блок баков маршевой двигательной установки, выполненной в виде шести сваренных между собой сфер одинакового диаметра. Четыре сферы выполняют роль топливных баков, две - герметичных приборных контейнеров. Через сферы проходят восемь силовых штанг. Приборные контейнеры оборудованы системами обеспечения теплового режима.

Одна из возможных компоновочных схем полезной нагрузки с разгонным блоком «Фрегат» под головным обтекателем приведена на рис. 16.5, где 1 - головной обтекатель; 2 - верхний бак РН; 3 - переходник; 4 - полезная нагрузка - малогабаритные спутники; 5 - разгонный блок; 6 - ферма для установки полезной нагрузки.

Рис. 16.5. Компоновка полезной нагрузки с разгонным блоком «Фрегат»

Космические разгонные блоки «Д» и «ДМ»

Эти блоки предназначены для РН «Протон» разработки ГНКПЦ им. М.В.Хруничева и РН «Зенит 3SL» (Морской старт). Внешне эти блоки ничем не отличаются от обычных ракетных блоков. Они размещаются между ракетным блоком верхней ступени РН и полезной нагрузкой, которая закрывается головным обтекателем. Однако внутренняя компоновка у них различная. Баки окислителя разгонных блоков «Д» и «ДМ» имеют форму сферы, а баки горючего – форму тора (рис. 16.6).

Разгонные блоки «КВРБ», «УКВБ»

Эти блоки предназначены для ракеты-носителя «Протон». Компоновочные схемы этих блоков показаны на рис. 16.7 и 16.8. Внешне они также не отличаются от обычных ракетных блоков. Особенностью их конструкции является совмещённые днища, которые введены для уменьшения габаритов разгонных блоков по длине. В качестве компонентов топлива на этих блоках используются жидкий кислород и жидкий водород.

1. Приборный контейнер 2. Бак окислителя 3. Межбаковая ферма 4. Средний переходник 5. Бак горючего 6. ЖРД 11Д58М 7. Блок обеспечения запуска 8. Нижний переходник

Рис. 16.6. Компоновочный чертеж разгонного блока ДМ

Рис. 16.7. Разгонный блок «КВРБ»

Рис. 16.8. Разгонный блок «УКРБ»

Разгонные блоки «Бриз М» и «Бриз КМ»

Блок «Бриз М» используется для РН «Протон» и имеет особую компоновочную схему, которая показана на рис. 16.9 [39, 41]. На этой схеме введены следующие обозначения: 1- приборный отсек; 2 - центральный блок; 3- сбрасываемый дополнительный блок баков; 4 - бак окислителя (азотный тетраксид); 5 - бак горючего (НДМГ); 6 - рулевые двигатели; 7 - маршевый двигатель 14Д30.

Рис. 16.9. Разгонный блок «Бриз М»

Рис. 16.10. Разгонный блок «Бриз КМ»

Основное отличие разгонного блока «Бриз М» заключается в том, что он имеет дополнительный блок кольцевых баков (по внешнему периметру разгонного блока), который сбрасывается после выработки топлива при проведении определенных маневров. Этим достигается большая эффективность разгонного блока по массе выводимой нагрузки. Центральная же часть разгонного блока «Бриз М» представляет собой разгонный блок «Бриз КМ». Этот блок может эксплуатироваться самостоятельно.

Одна из модификаций блока «Бриз КМ» представлена на рис. 16.10. Этот блок предназначен для запуска полезной нагрузки в составе конверсионной РН «Рокот».

Существуют и другие разгонные блоки, но их компоновочные схемы принципиально не отличаются от рассмотренных.