3 Эксперимент, практическая направленность эксперимента

Эксперимент – это метод научного познания, при котором объект или явления исследуется в определенных, заранее оговоренный (или заданных) условиях.

Развитие общества в значительной степени определяется уровнем наукоемких технологий, многочисленные направления которых основаны на достижениях соответствующих отраслей естествознания. Современное естествознание обладает большим многообразием методов исследований, среди которых эксперимент – наиболее эффективное и действенное средство познания.

Для эксперимента сегодняшнего дня характерны три особенности:

- возрастание роли теоретической базы эксперимента. Во многих случаях эксперименту предшествует теоретическая работа, концентрирующая громадный труд большого числа теоретиков и экспериментаторов;

- сложность технического оснащения эксперимента. Техника эксперимента, как правило, насыщена многофункциональной электронной аппаратурой, прецизионными механическими устройствами, высокочувствительными приборами, высокоточными преобразователями и т. п. Большинство экспериментальных установок представляет собой полностью замкнутую систему автоматического регулирования, в которой технические средства обеспечивают заданные условия эксперимента с вполне определенной точностью, регистрируют промежуточные экспериментальные результаты и производят последовательную их обработку;

- масштабность эксперимента. Некоторые экспериментальные установки напоминают сложные объекты крупных масштабов. Строительство и эксплуатация таких объектов стоят больших финансовых затрат. Кроме того, экспериментальные объекты могут оказать активные воздействие на окружающую среду.

Эксперимент базируется на практическом воздействии субъекта на исследуемый объект и часто включает операции наблюдения, приводящие не только к качественным, описательным, но и количественным результатам, требующим дальнейшей математической обработки. С этой точки зрения, эксперимент – разновидность практического действия, предпринимаемого с целью получения знания. В процессе экспериментального естественно-научного исследования в контролируемых и управляемых условиях изучаются многообразные свойства и явления природы.

Отличаясь от простого наблюдения активным воздействием на изучаемый объект, в большинстве случаев эксперимент осуществляется на основе той или иной теории, определяющей постановку экспериментальной задачи и интерпретацию результатов. Нередко основная задача эксперимента – проверка гипотез и предсказаний теории, имеющих фундаментальное, прикладное и принципиальное значение. Являясь критерием естественно-научной истины, эксперимент представляет собой основу научного познания действительности.

Эксперимент, как и наблюдение, относится к эмпирическим формам естественно-научного познания. Однако между ними есть существенные различия: эксперимент – преобразующая внешний мир деятельность человека, а наблюдению свойственны черты созерцательности и чувственного восприятия исследуемого объекта. В процессе эксперимента при активном вмешательстве в исследуемый объект искусственно выделяются те или иные его свойства, которые и являются предметом изучения в естественных либо в специально созданных условиях.

В процессе естественно-научного эксперимента часто прибегают к физическому моделированию как исследуемого объекта, так и различных управляемых условий, в которых находится объект. Для этого создаются специальные установки и устройства: барокамеры, термостаты, магнитные ловушки, ускорители и т.п. С их помощью создаются сверхнизкие и сверхвысокие температуры и давления, вакуум и другие условия. В некоторых случаях моделирование исследуемого объекта – единственное средство реализации эксперимента.

Многие экспериментальные исследования направлены не только на обоснование естественно-научной истины, но и на отработку технологий изготовления новых видов разнообразной высококачественной продукции. Именно в этом наиболее сильно проявляется практическая направленность эксперимента как прямого пути совершенствования любого технологического цикла.

Экспериментальные средства по своей сути не однородны: их можно разделить на три основные отличающиеся функциональным назначением системы:

- содержащую исследуемый объект с заданными свойствами;

- обеспечивающую воздействие на исследуемый предмет;

- сложную приборную измерительную систему.

В зависимости от экспериментальной задачи данные системы играют разную роль. Например, при определении магнитных свойств вещества результаты эксперимента во многом зависят от чувствительности приборов. В то же время при проведении экспериментов с веществом, не встречающимся в природе при обычных условиях, да еще и при низкой температуре, все системы экспериментальных средств играют важную роль.

Чем сложнее экспериментальная задача, тем острее стоит вопрос чистоты эксперимента и достоверности полученных результатов. Можно назвать четыре пути решения данного вопроса:

- многократное повторение измерений;

- совершенствование технических систем и приборов; повышение их точности, чувствительности и разрешающей способности;

- более строгий учет основных и не основных факторов, влияющих на исследуемый объект;

- предварительное планирование эксперимента, позволяющее наиболее полно учесть специфику исследуемого объекта и возможности приборного обеспечения.

Чем чище поставлен эксперимент, чем тщательнее предварительно проанализированы все особенности исследуемого объекта и чем чувствительнее приборы, тем точнее экспериментальные результаты и тем ближе они соответствуют естественно-научной истинен.

В любом естественно-научном эксперименте можно видеть три основных этапа:

- подготовительный;

- получение экспериментальных данных;

- отработка результатов эксперимента и их анализ.

Подготовительный этап обычно включает теоретическую проработку проведения эксперимента, его планирование, подготовку исследуемого объекта, конструирование и создание технической базы, включающей приборное обеспечение. На хорошо подготовленной экспериментальной базе полученные данные, как правило, легче поддаются сложной математической обработке. Анализ результатов эксперимента позволяет оценить тот или иной параметр исследуемого объекта и сопоставить его либо с соответствующим теоретическим значением, либо с экспериментальным значением, полученным другими техническими средствами, что очень важно при определении правильности и степени достоверности полученных результатов.

Введение

Ракета-носитель 11K77 ("Зенит") РН 11K77 «Зенит» – ракета среднего класса, предназначенная для вывода на околоземную орбиту в автоматическом режиме спутников гражданского и военного назначения, а также пилотируемых аппаратов. Существуют двух- и трехступенчатые модификации. В качестве топлива применяются керосин марки РГ-1 и жидкий кислород. Основные элементы конструкции разработаны в Днепропетровске в КБ «Южное» усилиями советских инженеров и ученых. После распада Светского Союза конструкторское бюро перешло под юрисдикцию Украины, сохранив свой профиль деятельности и продолжив развитие серии «Зенит». Сборка ракет осуществлялась также на днепропетровском предприятии «Южмаш». Между тем, важные элементы конструкции разрабатывались и производились на российских предприятиях. В частности, разгонные блоки марки «ДМ» выпускались РКК «Энергия», а жидкостные ракетные двигатели РД-171 и РД-171М - на НПО «Энергомаш». В целом, предприятия РФ поставляли 70% комплектующих. Можно сказать, что «Зенит» – украинская ракета, а ее начинка – российская. История создания КБ «Южное» первоначально разрабатывало двухступенчатую РН «Зенит» с индексом 11K77 в конце 1970-х – начале 1980-х годов в соответствии с заданием Министерства обороны СССР иметь такое средство выведения, которое позволяло бы быстро и эффективно восполнять группировки ИСЗ военного назначения. Соответственно, при ее конструировании особое внимание обращалось на надежность, простоту в эксплуатации и быстроту подготовки к пуску, что было достигнуто на основе широкого применения стандартизации и автоматизации. Ракеты-носители тяжелого класса по определению не могут быть мобильными, поэтому конструкторы сосредоточились на проектировании РН среднего класса. В отличие от систем, разрабатывавшихся в предыдущие годы, в настоящей конструкции используются наиболее передовые технологии подготовки и пуска, разработанные НИИ СК, партнером ГП «КБ «Южное» по многим проектам. Осуществление полетов Дебютный запуск ракеты-носителя состоялся в апреле 1985, причем прошел нештатно, как и повторный. Успешный пуск осуществлен в октябре 1985 года. Изначально комплекс ориентировался на оперативный вывод военных спутников и систем двойного назначения, однако позже произошла переориентация на запуск коммерческих спутников. Второй областью применения первоначального варианта РН «Зенит-2» 11K77 было обеспечение полетов на орбитальную станцию «Мир» с экипажем на борту. Чтобы соответствовать всем требованиям, предъявляемым к средствам выведения пилотируемых космических кораблей, в конструкцию РН «Зенит» было заложено значительное внутреннее резервирование и приняты многие другие меры повышения надежности.

Актуальностью исследовательской работы является то, что ККС РН «Зенит» является оптимальным для выведения максимального ПГ на круговую орбиту среди РН среднего класса.

Основные параметры конструкции «Зенит» – ракета-носитель, чьи технические характеристики и конструктивные параметры соответствуют лучшим мировым стандартам. Заслуживает особого внимания тот факт, что более 90% полной массы ступеней приходится на долю топлива. Таким образом, конструкция обеих ступеней оказывается одной из наиболее эффективных в современной космонавтике. В отношении 1-й ступени это во многом объясняется высокими характеристиками двигателя РД171М, а также отсутствием боковых ускорителей. Отсутствие боковых ускорителей еще более упрощает подготовку к пуску, являясь одним из основных отличий РН «Зенит» от других средств выведения. Кроме того, конструкция ступени оказывается более эффективной, сокращается количество пиротехнических средств, а также возрастает общая надежность, поскольку отпадает необходимость в механизмах отделения боковых ускорителей. Помимо этого, широкий диапазон управляемости на всех этапах полета позволяет проводить пуски «Зенита» при различных скоростях ветра и в разных погодных условиях, что также способствует своевременному и точному выведению полезного груза. Основные системы На РН имеется полный комплект бортовой радиоэлектронной аппаратуры для обеспечения работы системы телеметрии. Бортовая телеметрическая система «Сириус» обеспечивает передачу ТМИ по двум отдельным радиоканалам на существующие НИП, расположенные на территории России. Разделение ступеней – «теплое»: осуществляется запуском рулевого двигателя 2-й ступени, подрывом межступенных механических связей и торможением при помощи четырех РДТТ отделяющейся части первой ступени. После ее удаления на безопасное расстояние запускается маршевый двигатель 2-й ступени. На РН установлены следующие системы, обеспечивающие ее эксплуатацию и функционирование в полете: система управления; система измерений; пневмогидравлическая система подачи компонентов топлива; система управления расходованием топлива; система контроля заправки; система безопасности полета; система термостатирования воздухом высокого давления; элементы системы контроля температур; элементы системы термостатирования; системы гидроприводов; система пожаропредупреждения. Модернизация РН «Зенит-2» после развала СССР не канула в небытие. Украинское предприятие «Южмаш» при тесной кооперации с российскими и зарубежными партнерами продолжило развитие проекта «Зенит». Были разработаны ракетные комплексы, позволяющие осуществлять старты с земли («Зенит-2SL Б», «Зенит-3SL Б», «Зенит-3SL БФ») и с морских платформ («Зенит-3SL»). Практически все старты ракетных комплексов наземного базирования осуществлялись на Байконуре. Международный проект «Морской старт» был организован в 1995 году усилиями американской компании Boeing Commercial Space (40 % капитала), российской РКК «Энергия» (25 %), украинскими ПО «Южмаш» и КБ «Южное» (общая доля 15 %) и норвежскими судостроителями Aker Solutions (20 %). Целью консорциума стали более удобные и экономичные запуски с морской платформы «Одиссей», расположенной в зоне экватора. Демонстративное испытание ракеты прошло успешно. С 1999 года было осуществлено 32 удачных коммерческих пуска с применением РН «Зенит-3SL», и 4 неудачных. На данный момент в связи с негативными событиями на Украине украинская сторона в проекте приостановила свое участие. Первая ступень Конструкция первой ступени РН «Зенит» включает: межступенную раму; двигатель РД171 (РД171М); хвостовой отсек; баки горючего и окислителя. Межступенная рама представляет собой переходный отсек сварной ферменной конструкции. На ней смонтирована боковая плата электропневморазъемов, обеспечивающая связь систем РН и КА с соответствующими наземными системами до старта РКН. В топливных баках размещены узлы автоматики ПГСП, датчики СКЗ, СУРТ, в баке окислителя, кроме того, установлены баллоны системы наддува. В хвостовом отсеке размещен четырехкамерный двигатель РД171М, который с помощью стержневой рамы устанавливается на нижний торцевой шпангоут. Двигатель РД171 Силовая установка предназначена для создания тяги и управляющих усилий по всем каналам стабилизации РКН. Данный двигатель устанавливался на первых ступенях всех модификаций РН «Зенит». Ракета и в настоящее время комплектуется усовершенствованной модификацией РД171М. В конструкцию двигателя введены изменения, направленные на повышение его надежности и эксплуатационных качеств. В РД171 нашли применение наиболее передовые технологии изготовления жидкостных ракетных двигателей, разработанные российскими предприятиями в области двигателестроения. На данный момент модификация РД171М является самым мощным ЖРД в мире, его тяга в момент старта (у Земли) составляет 740 тс. Вторая ступень Конструкция второй ступени РН «Зенит» включает: приборный модуль; маршевый двигатель РД120; рулевой двигатель РД8. баки окислителя и горючего; хвостовой отсек. В приборном модуле размещается основная часть радиоэлектронной бортовой аппаратуры системы управления и системы измерений. В топливных баках, как и на первой ступени, размещены датчики СУРТ, СКЗ, узлы автоматики ПГСП, в баке окислителя – баллоны системы наддува. Хвостовой отсек с цилиндрической клепаной силовой оболочкой предназначен для размещения двигательного блока, состоящего из однокамерного маршевого двигателя РД120 и четырехкамерного рулевого двигателя РД8. «Зенит»: ракета и ее технические характеристики За время эксплуатации ракет-носителей «Зенит» всех типов было осуществлено 82 пуска, большая часть прошла абсолютно успешно (69 запусков), 4 – частично неудачных, остальные нештатно. Длина ракеты: 57-59,6 м. Число ступеней: 2 или 3. Максимальный диаметр: 3,9 м. Полезная нагрузка: 15 т для систем морского старта, 13,7 т – для наземных систем. Стартовая масса: 445-462 т.

Цель и задачи работы

Целью работы является исследования ТТХ модельных рядов РН Зенит на предмет вывода максимальной ПГ на круговую орбиту.

Задача исследовательской работы является выбор оптимальной модели ККС из представленных классификации РН Зенит по выведению максимального ПГ на круговую орбиту.

Несмотря на пример успешного сотрудничества по международной программе «Зенит», ракета на данный момент не выпускается по причине нестабильной ситуации на Украине. В дальнейшем планируется передача РН «Зенит» Республике Казахстан по программе Байтерек.

4 Работа над темой: Выбор оптимальной конструктивно-компоновочной схемы РН «Зенит» для вывода максимальной массы полезного груза на околоземную орбиту

4.1 РН «Зенит – 2SLБ»

Ракета-носитель «Зенит-2SLБ» предназначена для доставки космических аппаратов средней массы на низкие околоземные орбиты, в том числе на солнечно синхронные и полярные.

Ракета космического назначения «Зенит-2SLБ» входит в семейство ракет «Зенит», использующих нетоксичные компоненты топлива (жидкий кислород и керосин РГ-1).

Пуски ракеты-носителя осуществляются с космодрома Байконур (Казахстан). Комплекс может обеспечивать до 12 пусков в год (в том числе до 7 пусков с разгонным блоком).

Ракета-носитель «Зенит-2SLБ» эксплуатируются в составе космического ракетного комплекса «Зенит-М», используемого международной компанией «Международные космические услуги», для предоставления услуг на рынке коммерческих запусков.

Ракета-носитель «Зенит-2SLБ» по конструкции является преемником РН «Зенит-2». Первый пуск состоялся 29 июня 2007 г. Всего с учетом пусков «Зенит-2» было осуществлено 38 пусков, из них 33 – успешных.

Таблица 1 – Основные тактико-технические характеристики

Количество ступеней	2
Габариты, мм длина  диаметр корпуса  диаметр обтекателя	57400 3900 3900
Стартовая масса, т	460,6
Компоненты топлива Окислитель Горючее	жидкий кислород керосин
Тяга двигателей в пустоте, тс I ступени II ступени	806,4 101,1
Масса полезного груза выводимого на орбиты, т круговую: (Нкр=200 км, i=51,4°)	13,92
Точность выведения на круговую (Нкр=1000 км) по высоте, км по наклонению, град	±8 ±0,04
Максимальная перегрузка	4.0
Класс чистоты под обтекателем (FED STD 209E)	100 000