Глава 7

СВЯЗИ НАЗЕМНЫХ СИСТЕМ С БОРТОВЫМИ СИСТЕМАМИ (СВЯЗИ „ЗЕМЛЯ —БОРТ")

7.1. ХАРАКТЕР СВЯЗЕЙ «ЗЕМЛЯ — БОРТ»

Для выполнения различных операций в процессе подготовки к пуску (заправка компонентами топлива и сжатыми газами, различные проверки и измерения, продувки, предпусковой над­дув баков, обеспечение тепловых режимов бортовых систем и т. д.) ракета, установленная на пусковой системе, соединена с наземными стартовыми системами через электро-, пневмо- и гидромеханические разъемные соединения, образуя так называ­емые связи «земля — борт».

По мере выполнения предстартовых операций количество связей с наземными системами уменьшается за счет расстыковки (разъединения) разъемных соединений и отвода наземных коммуникаций на безопасное расстояние. Так как некоторые предстартовые наземные операции совмещены или близки по времени с запуском двигательной установки первой ступени, многие разъемные соединения расстыковываются на начальном участке движения ракеты (рис. 7.1). Организация этих связей, закладываемая еще на этапе проектирования, в значительной степени определяет удобство эксплуатации, надежность и эф­фективность ракетно-космического комплекса. Классификация связей «земля — борт» приведена на рис. 7.2.

Для упрощения обслуживания и уменьшения количества разъемных соединений многочисленных коммуникаций, подво­димых к ракете, их обычно объединяют в несколько групп (стволов).

Через разъемные соединения проходят как родственные (т.е. только гидравлические, пневматические или электрические), так и разнородные коммуникации, при этом в целях безопасно­сти объединение коммуникаций, при повреждении которых воз­можна аварийная ситуация (например, смешение самовоспла­меняющихся компонентов), нежелательно.

Коммуникации, подводимые к разъемным соединениям ра­кеты, прокладывают по специальным агрегатам — башням (фер­мам) обслуживания, кабель-заправочным и заправочно-дренаж-ным мачтам и т. д.

220

Разъемные соединения в своей основе имеют общую конст­рукцию, состоят из двух частей (панелей), состыкованных по плоскости разъема, и обеспечивают необходимое соединение проходящих через них коммуникаций. К одной части разъемного

Рис. 7.1. Отстыковка связей «земля — борт» на начальном

участке полета ракеты

соединения (наземной) подключены коммуникации, идущие от наземных систем, к другой части (бортовой)—коммуникации ракетно-космической системы. Обе части удерживаются в плот­ном состыкованном положении специальным устройством (зам­ком), которое в необходимое в-ремя разъединяет их, отталкивая наземную часть, от бортовой.

Конструкцию разъемного соединения определяют такие фак­торы, как способ (ручной или дистанционный) стыковки (рас-

221

стыковки) частей разъемного соединения, количество и размеры поперечного сечения проходящих коммуникаций, их назначение и тип.

Разъемные соединения должны удовлетворять требованиям простоты и удобства в эксплуатации, герметичности пневмогид-рокоммуникаций и контактному соединению электрокоммуни-

Рис. 7.2. Классификация связей «земля — борт»

кадии, максимально возможного распределения массы конст­рукции на наземную (отводимую) часть, а также обеспечивать надежный дистанционный контроль положений частей разъем­ного соединения, быстродействие замка, независимое дублиро­вание в средствах его срабатывания и защиту бортовых и на­земных коммуникаций при расстыковке от воздействия внешней среды.

Ручную стыковку (отстыковку) применяют для простых разъемных соединений малой массы, находящихся в легкодо­ступных местах и обслуживаемых до начала заправки ракеты топливом. В этом случае наземная часть разъемного соединения подсоединяется к бортовой вручную с помощью фланцевых или резьбовых соединений, при этом наземная часть является

222

окончанием коммуникации соответствующей наземной си­стемы.

Разъемные соединения с большим числом коммуникаций, имеющих значительные поперечные сечения и жесткие требова­ния по герметичности, б'олее сложны по конструкции. Для об­легчения обслуживания стыковку таких разъемов полностью или в значительной степени механизируют, а иногда делают дистанционно управляемой и контролируемой. В этом случае необходимо сложное дополнительное оборудование, которое размещают непосредственно в зоне обслуживания разъемного соединения. Для повышения качества стыковки ее выполняют на технической позиции с последующим подсоединением на стартовой позиции наземных коммуникаций к переходни­кам отводимой части с помощью простых фланцевых или резь­бовых соединений.

Дистанционная отстыковка вызвана тем, что некоторые разъемные соединения до определенного момента предстартовой подготовки ракеты должны находиться в состыкованном поло­жении, а доступ к ним обслуживающего персонала запрещен по требованиям техники безопасности, а также стремлением уменьшить трудоемкость работ, проводимых на стартовой пози­ции.

Наземные коммуникации (особенно гидравлические и пнев­матические линии большого диаметра) должны быть доста­точно гибкими и прочными и обеспечивать значительные, осо­бенно при больших ветровых нагрузках, взаимные перемещения ракеты-носителя и агрегата обслуживания, по которому они проложены. Для компенсации взаимных перемещений при не­больших амплитудах и частотах колебаний используют гибкие шланги, при значительных — комбинацию гибких шлангов, шарниров и других узлов, обеспечивающих поворот коммуни­каций в необходимых плоскостях.

Коммуникации большой массы требуют специальных меха­низмов для их подвода и отвода в процессе подстыковки (от­стыковки); механизмы воспринимают большую часть массы подсоединяемых коммуникаций, что снижает нагрузку на разъ­емные соединения и тем самым упрощает их конструкцию.

С точки зрения надежности желательно иметь такую схему, при которой связи «земля — борт» расстыковывались бы зара­нее (до запуска двигательной установки первой ступени), так как отказ или задержка в расстыковке и отводе наземных ком­муникаций на безопасное (от столкновения с поднимающейся ракетой) место может вызвать аварийную ситуацию. Использо­вание такой схемы связано с понижением эффективности раке­ты, ибо предварительное прекращение подачи криогенных ком­понентов и сжатых газов для подпитки баков и баллонов и эле­ктроэнергии к бортовым потребителям приведет к частичному их израсходованию до пуска, а также к необходимости повтор-

223

ной дистанционно управляемой и контролируемой стыковки со­единений (в случае аварийного выключения двигательной уста­новки в процессе ее запуска) по линиям слива, подачи инерт­ных газов и т. д., что в значительной степени усложнит конст­рукцию как бортовой, так и наземной частей связи «земля—■ борт». Поэтому ракета имеет ряд связей, которые расстыковы­ваются только после запуска двигательной установки первой ступени, что практически совпадает с началом полета ракеты. Эти связи включают дозаправочные магистрали криогенных компонентов топлива, магистрали предстартового наддува ба­ков, линии продувок защитных полостей и систем иожаровзры-вопредупреждения, электрические коммуникации систем управ­ления и измерения, участвующие в пусковых операциях; магист­рали, для которых повторная подстыковка соединений сложна из-за требований безопасности, и устройства, удерживающие ракету на пусковой системе до момента набора двигателями полной тяги и обеспечивающие в некоторых случаях заданное изменение перегрузки при отрыве ее от пусковой системы.

Расстыковка разъемных соединений и отвод отстыкованных коммуникаций в момент начала полета ракеты являются техни­чески трудной задачей и для своей реализации требуют про­думанной и отработанной конструктивной схемы. Основное вни­мание уделяется вопросам быстродействия замков разъемных соединений и механизмов отвода с обеспечением независимого дублирования в их срабатывании, исключению соударения от­водимых коммуникаций и ракеты.

Разъемные соединения первой ступени ракеты-носителя обы­чно выводят на нижнюю часть боковой поверхности ракеты-но­сителя или на ее торец, при этом их обслуживают с пусковой системы или с агрегатов небольших размеров.

Для обеспечения связей верхних ступеней ракеты-носителя и космического объекта используют два варианта. При первом варианте все коммуникации или большую их часть выводят на первую ступень, что хотя и упрощает обслуживание, но зна­чительно усложняет и утяжеляет конструкцию ракеты-носителя за счет размещения на нижних ступенях коммуникаций и до­полнительного оборудования, необходимого только для пред­стартовой подготовки верхних ступеней. При втором варианте разъемные соединения располагают на боковой поверхности каждой ступени и соединяют с наземными системами через башню обслуживания или кабель-заправочную мачту, что, ус­ложняя обслуживание, уменьшает длину бортовых коммуника­ций и не требует сложных разъемных соединений между сту­пенями.

Башни обслуживания обычно отводят от ракеты за значи­тельное время до пуска, поэтому по ним прокладывают магист­рали, которые отстыковываются заблаговременно. Фермы ка­бель-заправочных мачт и кабель-мачты отводят от ракеты не-

посредственно перед пуском или во время пуска, поэтому по ним прокладывают магистрали, которые отстыковываются прак­тически в момент запуска двигателей.

Для современных ракетно-космических систем применяют, как правило, сочетание различных схем обеспечения связей «земля — борт»: через нижнюю часть первой ступени выводят связи, отстыковываемые при подъеме РКС (обычно электриче­ские и пневматические коммуникации для всей ракеты и жид­костные коммуникации первой ступени); через верхние ступе­ни— связи с заблаговременной отстыковкой (системы термоста­тирования, заправки высококипящими компонентами топлива, регламентные штепсельные разъемы и т. д.) и связи с отстыков­кой коммуникаций непосредственно перед пуском или в момент пуска (электрические, пневматические, дозаправочные и т. п.).

Такое разнообразие схем вызвано стремлением к созданию наиболее рациональных бортовых систем РКС и обеспечению надежности работы всех элементов связей «земля — борт».

7.2. ТИПОВЫЕ СХЕМЫ СВЯЗЕЙ «ЗЕМЛЯ — БОРТ»

Схемы связей «земля— борт» рассмотрим на примере связей по линии термостатирования. Бортовые разъемные соединения коммуникаций газа и жидкости обычно называют пневмо- и гидроколодками. Трубопроводы воздушной системы термостати­рования (ВСОТР) подсоединены к пневмоколодкам, а жидкост­ной системы термостатирования (ЖСОТР) — к гидроколодкам.

Схема связей «земля —борт» по линии ВСОТР (рис. 7.3) работает по следующему принципу. Воздуховод ВСОТР через переходник с помощью рамы и направляющей закреплен на подвижном механизме подъема, служащем не только для под­вода воздуховода, но и для компенсации взаимных перемещений ракеты и башни обслуживания.

Пневмозамок колодки при подаче в него сжатого газа рас­крывается и отталкивает наземную часть пневмоколодки на не­большое расстояние от ракеты. Пневмоколодка вместе с под­соединенным воздуховодом механизмом отвода перемещается на необходимое расстояние и фиксируется защелкой в конечном положении, при этом кинетическая энергия отводимой массы поглощается буфером. Окончание отвода контролируется сиг­нализатором, подающим сигнал в систему управления этими операциями.

Схема связей «земля —борт» по линии ЖСОТР (рис. 7.4) по сравнению с предыдущим устройством имеет все степени сво­боды для перемещения гидроколодки относительно башни об­служивания. Перед расстыковкой во избежание пролива тепло­носителя на борт, ракеты магистрали гидроколодки продувают газом до полного освобождения от остатков теплоносителя. Ме­ханизм отвода после расстыковки поворачивается с помощью

о Космодром Z^Q

пневмопривода, конечное положение которого фиксируется сиг­нализатором. По окончании поворота отстыкованная часть ги­дроколодки с наземными коммуникациями поднимается в край­нее верхнее положение.

Рис. 7.3. Схема связей «земля — борт» по линии ВСОТР:

1 — пневмоколодка; 2 — переходник; 3— воздуховод; 4 — рама; 5 — на­правляющая; 6 — механизм подъема; 7 —защелка; 8 — буфер; 9 — опо­ра; 10 — пневмопривод; // — сигнализатор; 12— основание; 13 — башня

обслуживания; 14 — головной блок

Электрические связи «земля — борт» осуществляются с по­мощью обычных, разрывных (ШР) и отрывных (НЮ) штеп­сельных разъемов и отрывных плат, которые отличаются друг от друга назначением, конструкцией и способом разделения.1

226

Разрывной штепсельный разъем служит для обес­печения связи в процессе подготовки ракетно-космической си­стемы вплоть до момента ее пуска, включая начальный участок подъема, и его разрыв происходит за счет движения РКС. Прин­ципы действия таких разъемов различны: одни из них разры-

Рис. 7.4. Схема связей «земля — борт» по линии ЖСОТР:

1— штуцер подвода теплоносителя; 2 — штуцер пневмозамка; 3 — кон­тактный датчик; 4 — захват; 5 — трос; 6 — подвижная часть механизма отвода; 7 — сигнализатор; 8 — пневмопривод; 9 — головной блок; 10 — гидроколодка; И ~ штуцер отвода теплоносителя (шланги под­вода теплоносителя не показаны)

ваются за счет простоте разъединения бортовой ,и наземной ча­стей, другие — за счет срабатывания специального замка с тро­сиком, закрепленным на пусковой системе. Обычно разрывные штепсельные разъемы размещены на торце ракеты-носителя.

Отрывной штепсельный разъем (рис. 7.5) предназ­начен для обеспечения электрических связей, разрываемых до момента подъема ракеты. Если связи разъединяются заблаго­временно, то кабели прокладывают по башне обслуживания, а

8* 227

наземные части разъемов закрепляют на соответствующих фер­мах; если связи разъединяются за несколько секунд до пуска, то кабели чаще всего прокладывают по кабель-мачтам.

Рис. 7.5. Отрывной штепсельный разъем:

с —вид со стороны контактного поля; б — вид со стороны ка­бельных вводов

Разные по конструкции отрывные штепсельные разъемы имеют специальный замок нажимного (от руки) или электро­магнитного типа. Обычно до начала заправки ракеты топливом штепсельные разъемы расстыковывают вручную, после за­правки—дистанционно путем подачл на электромагнит замка 228

сигнала с пульта управления, при этом замок срабатывает, назем­ная часть разъема под действием пружин отделяется от борто­вой части и улавливается корзиной (ловителем) кабель-мачты.

Отрывная плата служит для обеспечения сопряжения большого количества электрических цепей, представляет собой массивную металлическую плиту со штепсельными разъемами и состоит из бортовой и наземной частей, удерживаемых в со­члененном состоянии разрывным болтом. Сочленение плат тре­бует специальных технологических приспособлений и обычно выполняется на технической позиции. Для сопряжения с назем­ной кабельной сетью отрывная часть плат имеет кабели-пере­ходники.

На стартовой позиции после выдачи команды на разрывной болт происходит разделение отрывной платы на две части, при­чем освобожденная наземная часть платы с кабелями-переход­никами отбрасывается пружинами от борта ракеты-носителя и специальными механизмами отводится на ферму обслуживания. Отрьюные платы имеют контактные устройства, сигнализирую­щие на пульт управления об исполнени'И команды на разделе­ние плат.

7.3. СВЯЗИ «ЗЕМЛЯ —БОРТ» РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

«САТУРН-У-АПОЛЛОН»

Рассмотрим схему организации связей «земля — борт» и ха­рактеристики ее основных элементов на примере ракетно-кос­мической системы «Сатурн-У-Аполлон».

Ракетно-космическая система «Сатурн-У-Аполлон» перед вы­возом из здания вертикальной сборки установлена на верхней части пусковой системы, состоящей из стартовой платформы и кабель-заправочной башни. Все связи «земля —борт» состыко­ваны.

На стартовой платформе под углом 90° друг к другу рас­положены четыре опорно-прижимных захвата, удерживающих РКС при транспортировке, во время пребывания ее на старто­вой позиции и в течение нескольких секунд после запуска дви­гательной установки первой ступени. Кроме того, в этом же районе расположены три пристыкованные к РКС хвостовые кабель-заправочные мачты, обеспечивающие (кроме электро-пневмопитания) слив жидкого кислорода, заправку и слив го­рючего и подачу воздуха для кондиционирования. Через эти ка­бель-заправочные мачты происходит расстыковка наземных с вязей при подъеме РКС.

По кабель-заправочной башне проложены электро-, пневмо-п гидрокоммунйкации, телефонные и телевизионные кабели, не­обходимые для обслуживания и предстартовой подготовки ра­кеты-носителя и космического объекта на стартовой позиции. Связь бортовых систем с этими коммуникациями происходит

через предстартовые (отводимые до пуска) и стартовые (отво­димые при пуске) фермы обслуживания, распределение комму­никаций по которым приведено в

Все се коммуникации верхней части пусковой системы выве­дены в зоны обслуживания пускового стенда (рис. 7.6); после установки стартовой платформы на опоры стенда их соединяют с наземными системами стартовой позиции через стыковочные агрегаты, а отсоединяют после пуска РКС перед отводом стар­товой платформы.

стартовой платформы (рис. 7.7) пока все двигатели не разовьют из двигателей в течение этого времени не выйдет на режим, двигательная установка первой ступени отключается. При нормальном запуске через опреде­ленное время от двух одинаковых (сдублированных) пневмати­ческих систем (гелии высокого давления) срабатывают меха­низмы отвода захватов (отвод захватов при необходимости дуб­лируется пироболтом). Подъем РКС контролируется контакт­ными сигнализаторами диаметрально расположенных захватов; при этом сигнализаторы выдают команду на отстыковку быстро-разъемных соединений и отвод хвостовых кабель-заправочных мачт и стартовых ферм обслуживания кабель-заправочной баш­ни; это происходит при подъеме РКС примерно на 20 см.

Хвостовая кабель-заправочная мачта (рис. 7.8) представляет собой сбалансированную конструкцию с пневмоэлектроуправле-нием и гидравлическим приводом и состоит из основания, ры-

230

Рис. 7.6. Схема вывода наземных коммуникаций в зоны обслуживания пу­скового стенда РКС «Сатурн-У-Аполлон»:

J — силовые электромагистрали; 2 — вспомогательное оборудование; 3 — магистрали кондиционирования; 4 —- Электрические кабели; 5 — магистрали жидкого кислорода;

6 — магистрали жидкого и газообразного водорода

Рис. 7.7. Опорно-прижимной рычаг:

/ — регулируемая опора; 2 ~— верхнее звено рычага; 3 — упорная плита; 4 — крышка; 5 — центральное звено; 6 — нивелирующее приспо­собление; 7 — пневматический разделитель; 8 — лебедка; 9—нижнее звено рычага; /# —опорная балка; а — торец ракеты-носи*

теля

чага с противовесом, на котором размещены соответствующие коммуникации с быстроразъемными соединениями, и защитного кожуха. Быстроразъемное соединение имеет две части: одна находится на борту ракеты-носителя и после отсоединения за­крывается крышкой, другая часть, расположенная на кабель-заправочной башне, состоит из корпуса со специальным замком цангового типа, обе­спечивающим соединение разъемов и расстыковку их с отталкиванием наземной части от бортовой. Рис. 7.8, Хвостовая кабель-заправочная мачта на стартовой платформе РКС

«Сатурн-V -Аполлон»: / — защитный кожух и ферма; 2 — магист­раль питания; 3 — основание; 4 — гидро-и пневмомагистрали системы; 5 — электри­ческие коммуникации; 6 — рычаг с проти­вовесом; 7 — наземная часть разъемного со­единения

Перед пуском РКС отво­дят предстартовые фермы обслуживания двигательного отсека второй ступени (за 11 ч 30 мин), отсека косми­ческого корабля (предва­рительно за 43 мин и окон­чательно за 5 мин), меж­бакового отсека первой сту­пени (за 50 с), приборного отсека первой ступени (за 16 с до пуска), а в момент пуска — стартовые фермы обслуживания с заправочно-дренажными коммуника­циями и основными электри­ческими и пневматическими связями.

На случай отказа си­стемы отвода ферм обслу­живания предусмотрено ме­ханическое дублирование отстыковки разъемов и отвода ферм обслуживания, действующее при подъеме РКС.

. Часть связей, необходимых для заправки двигательных ус­тановок космического корабля и вспомогательной двигательной установки третьей ступени, работающих на долгохранимых вы-сококипящих компонентах топлива, обеспечиваются с передвиж­ной башни обслуживания, которая за 10 ч до пуска отводится от пусковой системы.