Пусковий комплекс ковальова для космічного носія

Пусковий комплекс для космічного носія, що включає монтажно-випробувальний корпус достатніх розмірів для збирання носія, який містить перший ступінь та решту ступенів, візок для створення на ньому збірки, на якому носій транспортується до пускової споруди, де носій розміщується на пусковому пристрої, який відрізняється тим, що монтажно-випробувальний корпус виконаний у двох рівнях-поверхах один над 3 Метою винаходу є створення перспективного автоматизованого пускового комплексу у складі технічної та стартової позицій, а також спеціальних комунікацій та обладнання, що забезпечує безпечні та надійні передпускову підготовку на технічній позиції, транспортування до пускової позиції, приведення у готовність до пуску й власно пуск космічного носія за мінімальний час у сприятливих умовах роботи персоналу. Є досить багато технічних рішень, що спрямовані на створення передумов для конструювання складових частин, систем та агрегатів перспективного автоматизованого пускового комплексу. Так, створенню засобів транспортування носія до стартової позиції присвячені патенти України 13984 [2], 20499 [3], 23227 [4], 28347 [5], у яких на базі стандартних залізнодорожних візків створені не тільки перспективні візки, а навіть пересувні стартові платформи, або установники носія, що забезпечують досить ефективну й захищену доставку носія до точки пуску. Головним недоліком таких схем є потрібність у досить енергомістких тяглових пристроях. Перспективні схеми систем установки носія у положення для пуску представлені в патентах США 5217188 [6] та 5924648 [7]. У них використовується принцип заглиблення пускового столу. Цей підхід дозволяє зменшити висоту пускового комплексу та забезпечити поворот носія в положення для старту при менших зусиллях, оскільки вісь обертання носія при підійманні значно ближче до центру мас носія з підйомно-вантажним обладнанням, ніж у класичній схемі, де носій при підйомі обертається майже навколо вісі, близької до донного зрізу першого ступеня носія. А якщо зусилля менше, то й час повороту носія може бути значно меншим. У цих патентах поворот носія у вертикальне положення проводиться після виїзду установника на край заглибленої пускової споруди, яка дозволяє поворот носія навколо шарніру, розміщеного на початку U-подібного роздвоєння на задньому кінці транспортера-установника, або та ж операція виконується за рахунок поступального руху транспортера-установника до стартового столу. Головним недоліком цієї групи винаходів є необхідність створення заглиблених стартових позицій, що майже неможливо на більшості космодромів завдяки близькості ґрунтових вод. Більш комплексний підхід можна бачити в патенті США 4932607 [8], у якому запропонований космопорт для пуску носія складається з портального крану з установником-підйомником. Останній обладнано пристроями підйому та втримування носія у вертикальному положенні. Ідеологічно цю схему повністю повторює винахід за патентом Російської Федерації 2292089 [9], у якому кабельзаправочний щогли надали властивостей агрегату обслуговування з горизонтальними площадками між паралельними баштами П-подібної ферми на спеціальних катках. Головними недоліками такого підходу є повна незахищеність носія від впливу природних умов при підготовці та граничне розвинення усіх допоміжних споруд у висоту. Цей недолік у досить значній мірі усувається винаходом за патентом США 5294078 [10], де за 90212 4 мість застосування портального крану на свіжому повітрі збирання носія пропонується проводити у спеціальному захищеному приміщенні такої ж самої, якщо не більшої, висоти. Фактором, що вимушує нарощувати висоту споруд пускового комплексу, є газодинамічний та акустичний вплив газодинамічних потоків. Зменшити газодинамічний та акустичний вплив може винахід за патентом РФ 2320883 [11] за допомогою водяної завіси з порожниною навколо газового струменя ракетного двигуна вздовж носія, та/або паралельно газовому струменю. Найближчою до запропонованого по технічному рішенню є конструкція за патентом США 5294078 [10], яка обрана в якості прототипу, у який представлено єдиний комплекс та спосіб збирання, наступного транспортування та підтримки носія. Система включає щільно закритий збиральний корпус достатніх розмірів для вертикального збирання носія, створення збірки носія та підставкипідйомника та транспортувати збірку всередині корпусу. Потім носій на підставці-підйомнику транспортується до пускового столу, де висота підйомника й транспортного засобу зменшується, і носійрозміщується на пусковому столі. Більш детально комплекс містить ще й наступні складові частини: - Підставку з наземним допоміжним обладнанням, платформою, засобами підтримки носія у вертикальному положенні, з'єднання транспортера-підйомника для підйому платформи з носієм у вертикальне положення, - Транспортер-підйомник із засобами горизонтальної транспортировки, - загалом вертикальну щоглу обслуговування; - гідравлічні підйомники; - множину конструктивних елементів та поверхонь для утримання транспортера-установника; - засоби вертикального підйому; - газовідбивач, що розташований під підставкою разом із рамою, що складається із множини вертикальних ніг, причому наземне допоміжне обладнання містить множину конструктивних елементів, що простягаються горизонтально від рами, - пусковий стіл на відстані від корпусу вертикального збирання; - шлях до пускового столу. Така схема забезпечує захищеність носія від впливу природних умов при підготовці до пуску та створює передумови для швидкого проведення пуску, але не дозволяє зробити комплекс компактним, усунути негативне розвинення допоміжних споруд у висоту, а також зберігає суттєву небезпеку неминучості складання в єдиному монтажному корпусі носія, якщо в ньому застосовуються твердопаливні ракетні двигуни (прискорювачи). Винахід, що запропоновано, базується на тому положенні, що поперечний розмір носія, як правило, є значно меншим, ніж поздовжній, причому довжина першого ступеня складає біля половини довжини носія. Зокрема, для РН «Зеніт», «Циклон», Atlas та Delta відносна довжина першого ступеня є від 46 до 65 відсотків, у середньому - 53%. Відношення ж 5 довжини носія до діаметру є від 12 до 18 разів, у середньому - 14 [12]. Останній чинник може слугувати мірою зменшення висоти споруд. Звісно, реальне зменшення буде не 12-18 разів, але й 6-9 разів з розміщенням вантажопідйомного обладнання під дахом кожного збирального залу і навіть 3-4 рази при двоповерховому корпусі здається достатньо вагомим. В основу винаходу покладена задача вдосконалення конструкції пускового комплексу таким чином, щоб зробити його якомога компактнішим, безпечним та надійним, економічним за рахунок іншого взаємного розташування елементів комплексу, конфігурації (форми) його складових частин та їх взаємодії, а саме - монтажно-випробувальний корпус виконаний у двох рівнях-поверхах з розташуванням рівнів один над одним з горизонтальним розміщенням в них складових частин носія (на нижньому - першого ступеня, на другому - збірки другого і третього ступенів та головного блока із космічним апаратом), причому рівні-поверхи розділено монтажностикувальнім візком, - шлях для транспортування складових частин носія до стартової позиції виконано у вигляді естакади-арки із зворотною кривизною, - стартову споруду виконано як крайню опору естакади-арки з протилежного боку від монтажновипробувального корпусу так, щоб біля неї міг бути вертикально розташований перший ступінь носія, - нижче зрізу сопл двигуна першого ступеня стартову споруду подовжено колодязем-газоводом глибиною до півтора корпуси першого ступеня, який частково заповнено водою зі спеціального технологичного водоймища, - під поверхнею води в колодязі-газоводі розміщено систему насичення води газом до щільності 0.75-0.25 щільності води, - колодязь-газовід з'єднаний із спеціальним технологичним водоймищем профільованим каналом, - монтажно-стикувальний візок обладнано допоміжними пристроями, які забезпечують послідовний поворот у вертикальне положення першого ступеня, а потім, за допомогою ваги першого ступеня, також збірки другого і третього ступенів та головного блока із космічним апаратом у положення стикування носія в цілому. Поставлена задача вирішується таким чином, що в запропонованій конструкції пускового комплексу монтажно-випробувальний корпус виконано у двох рівнях-поверхах один над одним з горизонтальним розміщенням на нижньому - першого ступеня, на другому - збірки другого і третього ступенів та головного блока із космічним апаратом, при цьому рівні-поверхи розділено двостороннім монтажно-стикувальнім візком, шлях для транспортування складових частин носія до стартової позиції виконано у вигляді естакади-арки із зворотною кривизною задля безпечного транспортування носія без застосування спеціальних тяглових засобів, а стартову споруду виконано як крайню опору естакади-арки з протилежного боку від монтажно-випробувального корпусу так, щоб біля неї міг бути вертикально розташований перший ступінь, 90212 6 нижчедвигуна першого ступеня стартову споруду подовжено колодязем-газоводом глибиною до півтора корпуси першого ступеня, який частково заповнено водою, під поверхнею якої розміщено систему зменшення її щільності, причому колодязь-газовід з'єднаний профільованим каналом із спеціальним технологічним водоймищем, а двосторонній монтажно-стикувальний візок обладнано допоміжними пристроями для забезпечення послідовного повороту у вертикальне положення першого ступеня, а потім, за допомогою ваги першого ступенюя, збірки другого і третього ступенів та головного блока із космічним апаратом у положення для стикування носія в цілому. Для пояснення запропонованої конструкції пускового комплексу додаються креслення та її детальний опис. На кресленнях зображено: на Фіг.1 - Загальний вид пускового комплексу з горизонтально розташованими складовими носія на візку; на Фіг.2 - Загальний вид пускового комплексу, де послідовно повернуті вертикально перший ступінь, а потім й збірка другого і третього ступенів та головного блока; на Фіг.3 - Загальний вид двостороннього монтажно-стикувального візка із складовими частинами носія; на Фіг.4а, 4b, 4c - Кінематична схема послідовного стикування частин носія із первісно горизонтально розташованих складових носія на візку. На Фіг.1 надано загальний вид пускового комплексу Ковальова за схемою винаходу у складі монтажно-випробувального корпусу 1, збірки другого і третього ступенів та головного блока 2, першого ступеня 3, монтажно-стикувального візка 4, шляху для транспортування складових частин носія у вигляді естакади-арки 5, стартової споруди 6, а також колодязя-газовода 7. Складові частини носія зображені з горизонтально розташованими збіркою другого і третього ступенів та головного блока 2 та першого ступеня 3 на монтажностикувальному візку 4. У цей стан комплекс приведено після переміщення монтажно-стикувальному візку 4 із складовими носія з монтажновипробувального корпусу 1 по естакаді-арці 5 під дією сил тяжіння: задля безпечного транспортування носія без застосування спеціальних тяглових засобів естакаду-арку 5 виконано із зворотною кривизною. Зворотну кривизну підібрано таким чином, щоб швидкість візка 4 із відхиленнями була майже нульовою (аналог - точка стояння маятника, де швидкість є саме нульовою). На Фіг.2 показано, що перший ступінь 3 на монтажно-стикувальному візка 4 переведено у вертикальне положення, у якому він створює своєю вагою момент, під дією якого збірку другого і третього ступенів та головного блока 2 буде також переведено у вертикальне положення, як видно на Фіг.3. На Фіг.2 також більш докладно видно колодязь-газовод 7, воду 8, що заповнює спеціальне технологічне водоймище 9. На дні колодязягазоводу 7 під шаром води 8 розміщено систему 10 зменшення щільності води (насичення її газом). 7 При старті носія двигун першого ступеня 3 запускається і факел вихлопних газів прямує вздовж колодязя-газоводу 7, а назустріч йому за декілька миттєвостей підіймається стовп газоводяної суміші, що генерується системою зменшення щільності води 10. В якості варіанта реалізації може розглядатися насичення води газом, наприклад, азотом. По мірі роботи двигуна газопароводяна суміш просувається по ізобаричній поверхні й далі по профільованому каналу 11. По мірі випаровування води 8 її рівень підтримується за рахунок притоку свіжої води із спеціального технологичного водоймища 9. У якості токого може за сприятливих умов використовуватися також відкрите море. При взаємодії вихлопних газів та газоводяної суміші створюється газопароводяна суміш з постійно знижуваною температурою. Крім того, дрібні крапельки води ефективно розсіюють акустичну енергію. Не менш важливий той факт, що газопароводяна суміш ефективно абсорбує шкідливі речовини, що зазвичай потрапляють до атмосфери з вихлопними газами ракетного двигуна. На Фіг.3 показано спеціальний двосторонній візок 4 на якому горизонтально розташовуються збірка другого і третього ступенів та головного блокау 2 та першого ступіня 3. Окремо показана контактна поверхня 12, що забезпечує взаємодію з перекриттям між рівнями-поверхами монтажновипробувального корпусу. На Фіг.4 (а, b, с) показано послідовний перехід збірки другого і третього ступенів та головного 90212 8 блока 2, та першого ступеня 3. Напрями руху складових частин показано відповідними стрілками. Запропоноване рішення дозволить зробити пусковий комплекс найкомпактнішим, безпечним та надійним. Джерела інформації: 1. Космодром. Под. общ. ред. А.П.Вольского. М., Воениздат, 1977. 2. Патент України 13984 від 17.04.2006р., МПК B64G5/00. 3. Патент України 20499 від 15.01.2007р., МПК B64G5/00. 4. Патент України 23227 від 10.05.2007р., МПК B64G5/00. 5. Патент України 28347 від 10.12.2007р., МПК B64G5/00. 6. Патент США 5217188 від 08.06.1993р., МПК B64F1/04. 7. Патент США 5924648 від 20.07.1999р., МПК B64F1/04. 8. Патент США 4932607 від 12.06.1990р., МПК B64F1/04. 9. Патент РФ 2292089 від 12.06.1990р., МПК B64G5/00, F41F3/04, F4IF3/052. 10. Патент США 5294078 від 15.03.1994р., МПК B64F1/04. 11. Патент РФ 2320883 від 27.03.2008p., МПК F02K1/34, А62С 2/08, B64G5/00. 12. International Reference Guide to Space Launch Systems, Second edition, 1991, ISBN 156347-129-9. 9 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 90212 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601