Глава 3

СРЕДСТВА ЗАПРАВКИ РАКЕТ

НИЗКОКИПЯЩИМИ (КРИОГЕННЫМИ)

КОМПОНЕНТАМИ ТОПЛИВА

И.Д. Кунис

В космической ракетной технике, в зависимости от назначения и целевых задач КРК, для работы двигателей РКН используют высоко- или низкокипящие (криогенные) компоненты топлива, каждый из которых обладает конкретными физико-химическими свойствами, требующими своих технических решений при создании систем заправки этими компонентами.

Особенностью низкокипящих криогенных жидкостей является то, что их темпера­тура ниже 120 К.

Низкокипящие (криогенные) компоненты топлива, используемые в технологичес­ких процессах подготовки РКН к пуску, требуют особых условий при хранении, заправке ими баков РКН, при эксплуатации заправочного оборудования, что во многом связано с испарением их с различной интенсивностью как в наземных заправочных агрегатах и системах, так и в баках РН, РБ и ОК.

При этом следует отметить, что криогенные компоненты топлива, используемые в РКН, обладают преимуществом по сравнению с высококипящими, поскольку они обеспе­чивают более высокий удельный импульс двигателей, что значительно улучшает характе­ристики ракеты.

Когда в составе ракетно-космической системы находится орбитальный корабль (ОК), на СК осуществляют его заправку в заданных объемах криогенными продуктами (жидкие водород и кислород) особо высокой чистоты, что необходимо для работы электрохими­ческих генераторов (ЭХГ) системы электропитания (СЭП).

Поскольку ракетное топливо состоит из окислителя и горючего, то возможны сле­дующие пары компонентов криогенного топлива, где жидкий кислород и жидкий фтор являются окислителями:

- жидкий кислород — жидкий водород;

- жидкий кислород — сжиженный природный газ (СПГ);

- жидкий фтор — жидкий водород;

- жидкий фтор — жидкий аммиак.

Часто используется комбинация, состоящая из криогенного и высококипящего ком­понентов топлива, например, пара жидкий кислород — керосин Т-1.

Помимо криогенных компонентов топлива в баки РКН заправляется и нейтраль­ный криогенный компонент — жидкий азот, используемый в РКН в технических целях во время полета.

На СК при подготовке РКН к пуску в принятых технологических процессах ее за­правки указанные криогенные компоненты используются в жидком кипящем или охлаж­денном видах, а также и в газообразном состоянии. В ряде случаев в технологических процессах заправки РКН используются газообразные гелий и аргон.

В целом создаваемые средства заправки криогенными компонентами топлива дол­жны обеспечивать:

- доставку криогенных компонентов на СК;

- накопление на СК в системах заправки необходимых криогенных компонентов и их хранение при заданных параметрах;

- захолаживание магистралей (трубопроводов) заправочных систем, заполнение их жидкостью и проливку;

- захолаживание баков РН и РБ;

- заправку баков РН и РБ компонентами топлива и жидким азотом;

- поддержание в баках РН и РБ необходимого уровня компонента и требуемой тем­пературы в течение заданного времени;

- подпитку баков РН и РБ компонентами топлива;

- термостатирование компонентов топлива в баках РН и РБ;

- охлаждение компонентов топлива до температуры ниже точки его кипения при атмосферном давлении;

- дренаж магистралей заправочных систем перед отстыковкой их от РКН;

- слив компонентов топлива (при необходимости) и повторную заправку;

- прием жидкого криогенного компонента в резервуары хранилища заправочных систем из баков РН, РБ и ОК при несостоявшемся пуске.

Следует отметить, что основные принципиальные технические решения по систе­мам заправки РКН компонентами топлива укрупнено закладываются головным конструк­торским предприятием по СК на этапе разработки проектного предложения при опреде­лении им функционально-структурного построения СК, выполняемого в соответствии с требованиями Заказчика и исходными данными разработчика РКН.

При этом на этапе разработки эскизного проекта СК, часто выполняемого с привлече­нием отдельных специалистов предприятий-разработчиков оборудования систем заправки, на уровне макропроектирования уточняются некоторые ранее принятые решения по конст­рукции заправочных систем и технологическим процессам их работы, местам размеще­ния на СК, связям с другим оборудованием СК, стыковке их коммуникаций с РКН и т.д.

После согласования эскизного проекта с Заказчиком головное конструкторское пред­приятие по СК разрабатывает и выдает предприятиям-разработчикам заправочного оборудования технические задания (ТЗ). Эти ТЗ наряду с исходными данными по РКН являются основой для разработки эскизных проектов агрегатов и систем заправки и их рабочей конструкторской документации. По завершении разработки эскизных проектов агрегатов и систем предприятия-разработчики выдают свои требования проектно-строительным предприятиям по размещению оборудования в строительных сооружениях, стро­ительству фундаментов под отдельные виды оборудования, размещению закладных эле­ментов, освещению, температурно-влажностному режиму в строительных сооружениях и другие требования, которые позже, при необходимости, уточняются на этапе разработ­ки рабочей конструкторской документации.

Разработка оборудования средств заправки начинается с тщательного анализа ис­ходных данных по РКН, технических заданий на системы заправки, особенностей заправ­ляемых продуктов и их физико-химических свойств.