36Арена ИСЗ

предыдущая статья | оглавление | в архив | следующая статья



Первый полет нового разгонного блока "Бриз-М"


А. Киселев, генеральный директор ГКНПЦ
им. М.В. Хруничева,
А. Медведев, первый заместитель генерального директораГКНПЦ
им. М.В. Хруничева
Теле-Спутник - 9(59) Сентябрь 2000 г.






В 6 часов 59 минут по московскому времени 6 июня 2000 г. с космодрома Байконур стартовала тяжелая российская ракета-носитель "Протон", которая вывела на геостационарную орбиту спутник связи "Горизонт".




РН "Протон" и РБ "Бриз-М" в цеху ГКНПЦ

Этот успешный пуск мог бы считаться рядовым событием в области ставшей уже достаточно привычной деятельности по использованию околоземного пространства в интересах народного хозяйства России, если бы не одно обстоятельство, сразу обратившее на себя внимание специалистов во всем мире — в состав ракетно-космического комплекса входил новый разгонный блок "Бриз-М", созданный Государственным космическим научно-производственным центром (ГКНПЦ) им. М.В. Хруничева.

Разгонный блок "Бриз-М" обладает большой универсальностью применения, но основной его задачей является выведение тяжелых (максимальная грузоподъемность до 6 т) полезных нагрузок на ГПО и ГСО.

Острая потребность в создании новых разгонных блоков для российских тяжелых ракет-носителей ощущалась уже давно. Анализ мирового космического рынка показывает наличие устойчивой тенденции роста масс и габаритов космических аппаратов (КА), планируемых к запуску в период 2000-2015 гг. Кроме коммерческих задач, выведение КА, планируемое в рамках осуществления национальных космических программ Российской Федерации, тоже требовало повышения энергетических характеристик и гибкости применения разгонных блоков, а также значительного увеличения размеров зоны для размещения полезных нагрузок под обтекателем ракеты-носителя.






Все эти требования были отражены в условиях конкурса на разработку нового разгонного блока для ракет-носителей тяжелого класса типа "Протон" и "Протон-М", объявленного Министерством обороны РФ в 1993 году.

Следует отметить, что разработки новых разгонных блоков для "Протона" уже имели место в ГКНПЦ им. Хруничева и до 1993 года. Так, еще в 80-х годах в ГКНПЦ разрабатывалось целое семейство кислородно-водородных разгонных блоков для РН различных классов на базе блока "Шторм". Его значительно измененный и облегченный вариант КРБ в настоящее время поставляется в Индию для ракеты-носителя GSLV, а его отдаленный универсальный "потомок" для РН "Протон-М" и "Ангара", имеющий обозначение КВРБ, находится в конструкторской разработке.

В конкурсе участвовали такие известные предприятия, как НПО им. С.А. Лавочкина, ГРЦ "КБ им. Академика В.П. Макеева" и РКК "Энергия". Конкурс был выигран ГКНПЦ им. М.В. Хруничева. Разгонный блок "Бриз-М" отличается решениями, обеспечивающими высокую надежность, компактную компоновку, позволяющую существенно увеличить объем зоны полезной нагрузки (примерно в два раза по сравнению с существующей зоной), значительно меньшей стоимостью и другими качествами, что было отмечено в окончательном заключении заказчика и его головного института.

В связи с необходимостью обеспечения решения новых функциональных и других задач система управления прежнего "Бриза" ("Бриз-К") на "Бризе-М" была заменена. Новая система управления, разработанная Московским опытным конструкторским бюро (МОКБ) "Марс", выполнена с использованием перспективных технических решений. Например, ее приборы установлены без применения герметичного отсека и имеют широкие возможности по корректировке полетного задания непосредственно перед стартом и многое другое.

Основные технические характеристики разгонного блока "Бриз-М"


Масса в заправленном состоянии22730 кг
"Сухая" масса2300 кг
Габариты:
диаметр4000 мм
длина2654 мм
Тяга маршевого двигателя2000 кг
Удельная тяга маршевого двигателя325,5 с
Время функционирования в полетедо 24 ч
(в перспективе до 52 ч)
Количество включений двигательной установки8 и более
Масса выводимой полезной нагрузки с РН "Протон-М"
(модернизированный вариант существующего "Протона")
геостационарная орбитадо 3,2 т
геопереходная орбита
(Hp/Ha=370/36000 км, i=7°)
5,5 т
Низкие околоземные орбиты (без дополнительного топливного бака)
Hкр=2000 км, i=51,6°
15 т





Обладая компактной компоновкой, разгонный блок "Бриз-М" может обеспечить выведение крупногабаритных полезных нагрузок, размещаемых в зоне, размеры которой ограничиваются габаритами, допустимыми с точки зрения устойчивости и аэродинамики всего носителя. Однако для реализации использования этой зоны было необходимо создание соответствующих головных обтекателей, и последние были разработаны в ГКНПЦ им. М.В. Хруничева в нескольких вариантах. Такая многовариантность конструкции головного обтекателя позволит обеспечить гибкость применения с полезными нагрузками, имеющими различные габариты и конкурентоспособность на международном рынке космических запусков.

Эксплуатационные возможности "Бриза-М" были заложены в его конструкцию в соответствии с реальными и перспективными потребностями мирового рынка космических аппаратов. Эти потребности были тщательно проанализированы с использованием маркетинговых исследований, выполненных как самим ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, так и другими российскими и зарубежными организациями, например, ЦНИИМаш и "Евроконсалт". Также исследования показали, что в период до 2015 г. мировой рынок будет определяться, главным образом, развитием двух сегментов космической связи: геостационарных систем и среднеорбитальных многоспутниковых систем. Верхнее значение массы космических аппаратов, выводимых на геопереходные и геостационарные орбиты (ГПО и ГСО), может возрасти до 6000 кг к 2010 г., при этом их диаметр превысит 4 м.

В свою очередь развитие среднеорбитальных систем связи уже в ближайшие годы потребует для своего обслуживания 40-50% всего количества запусков коммерческих носителей. Требования к выведению тяжелыми ракетами-носителями спутников, входящих в такие системы, включают в себя необходимость их разведения по разным орбитам при групповых пусках.

Эти же маркетинговые исследования показали, что в период до 2005 г. число основных типов ракет-носителей, предлагаемых на мировом рынке для обслуживания ГПО и ГСО, практически удвоится. Аналогичная картина будет наблюдаться и для сегмента многоспутниковых систем.




Сборка РБ в цеху

Значительную роль будет играть диапазон выводимых полезных нагрузок, выбранных для конкретного средства выведения (т.е. сочетания ракеты-носителя с разгонным блоком). Анализ показал, что существует определенная зависимость между такими диапазонами грузоподъемности средств выведения и долями общего грузопотока всех выводимых полезных нагрузок, соответствующих конкретным показателям грузоподъемности. Диапазон грузоподъемности, обеспечиваемый разгонным блоком "Бриз-М", близок к максимальному.

Однако преимущества выбранной концепции и особенностей конструкции "Бриз-М" не исчерпываются удовлетворением прямых потенциальных потребностей мирового рынка выведения КА, к которым, помимо обеспечения оптимального диапазона грузоподъемности при применении с перспективными российскими носителями типа "Протон-М" и "Ангара", можно отнести и упомянутое выше увеличение зоны размещения полезной нагрузки под головным обтекателем. За счет своего энергетического потенциала и многократности включения маршевого двигателя, "Бриз-М" обеспечивает значительное расширение диапазона обслуживаемых целевых орбит, возможность группового выведения КА на разные орбиты и освоение новых, нетрадиционных схем выведения: например, выведение на ГСО с использованием высокоэллиптических орбит или с использованием гравитационного поля Луны (определенное количество потенциальных заказчиков проявляет интерес к использованию таких схем выведения). При этом "Бриз-М" обеспечивает повышенную точность выведения полезных нагрузок за счет применения новейших отечественных достижений, внедренных в его систему управления, в том числе в комплекс командных приборов, а его маршевый двигатель, имеющий более низкий уровень тяги по сравнению с существующими отечественными "геостационарными" разгонными блоками, создает меньшие перегрузки и обеспечивает лучшую динамику выведения во время полета.

Для серийного изготовления разгонных блоков "Бриз-М" на Ракетно-космическом заводе (РКЗ) ГКНПЦ им. М.В. Хруничева были созданы специальные производственные мощности. В короткий срок было изготовлено несколько стендовых изделий и проведен полный объем наземных испытаний. Одно из таких изделий было показано в 1997 г. в составе экспозиции ГКНПЦ им. М.В. Хруничева на Парижском авиакосмическом салоне в Ле-Бурже, Франция, чем была продемонстрирована готовность к производству полномасштабной матчасти. Эта готовность была подтверждена сборкой первого летного образца осенью 1998 года.

Таким образом, были обеспечены разработки перспективной оригинальной компоновки и конструкции нового разгонного блока и создание производственной базы для его изготовления. Это были необходимые условия для реализации проекта этого разгонного блока и ввода его в эксплуатацию, но недостаточные для достижения успеха в эксплуатации, включая коммерческое применение "Бриза-М". Главным условием достижения такого успеха должно являться обеспечение высокой надежности разгонного блока. Действительно, такой важный новый элемент должен обладать в эксплуатации надежностью, по крайней мере, сравнимой с достигнутой надежностью самой ракеты-носителя.

Необходимо было, во-первых, заложить в конструкцию нового разгонного блока технические решения, обеспечивающие достижение его высокой надежности, и, во-вторых, подтвердить достижение этой надежности путем проведения наземных испытаний.

Разгонный блок "Бриз-М" включает в свой состав большое количество узлов, агрегатов и систем, находящихся на уровне последних достижений ракетно-космической техники, но уже прошедших проверку летными испытаниями и эксплуатацией в составе других изделий. Так, например, в двигательной установке, являющейся одной из важнейших систем разгонного блока, маршевый двигатель (головной разработчик КБХМ) является последовательной модернизацией прототипа, использованного в составе межпланетного космического аппарата "Фобос" и, соответственно, прошедшего большой объем наземных испытаний (в том числе огневых стендовых испытаний) с последующим успешным применением в космическом полете. А последняя модернизация этого двигателя для "легкого" первоначального варианта разгонного блока "Бриз" ("Бриз-К"), отличающаяся от прототипа, в основном, увеличением продолжительности работы, также подверглась соответствующим проверкам на земле (всего было испытано 143 двигателя), а затем была успешно испытана при трех пусках ракеты-носителя "Рокот" в 1990-1994 гг. В качестве двухкомпонентных двигателей малой тяги (ДМТ) двух типов (с тягой 40 кг и 1,3 кг) для стабилизации и ориентации были взяты, практически без изменений, двигатели, подтвердившие свои характеристики при летных испытаниях и длительной эксплуатации в космосе всех модулей орбитальной станции "Мир" и уже в составе разгонного блока "Бриз" — при вышеуказанных пусках "Рокота" (общее количество испытанных ДМТ первого типа — 112 экземпляров, второго — 144). В ходе этих же пусков, а также при предшествующих наземных испытаниях, была подтверждена и надежность других агрегатов пневмогидросистемы двигательной установки "Бриза" и блока топливных баков, вошедших в состав центральной части "Бриза-М" практически без изменений. В другой важнейшей системе нового разгонного блока "Бриз-М" (системе управления) комплекс командных приборов был разработан на базе приборов, созданных в период 1975-1989 гг. и внедренных в серийное производство (количество приборов-аналогов, прошедших автономные испытания, составило более 110 экземпляров, испытанных при наземной отработке — 80, а в летных условиях было испытано 124 комплекта приборов). Примером таких приборов может служить гиростабилизированная платформа, прототип которой успешно использовался в составе серии российских баллистических ракет подводных лодок (БРПЛ). В целом для РБ доля заимствованных без изменения элементов достигает 65%, доля модернизированных элементов составляет 26%, и только 9% конструкции являются новыми разработками, не имеющими прототипов.

В вариантах головных обтекателей, которые можно считать "комплектующими" для применения нового разгонного блока, степень предварительного подтверждения надежности для примененных элементов конструкции еще выше: только 4% модернизированных конструкций были доработаны с изменением характеристик, 96% элементов были заимствованы без оного.

Кроме заимствования элементов конструкции, уже подтвердивших свою высокую надежность, при проектировании разгонного блока "Бриз-М" были применены специальные схемные решения, обеспечивающие повышенный уровень надежности при выполнении задач полета даже в случае возникновения нештатных ситуаций. Так, например, в конструкции автоматики двигательной установки была реализована схема повторного запуска маршевого двигателя при отказах в штатном режиме его запуска; предусмотрено нормальное обеспечение стабилизации и ориентации в полете при отказе одного из двигателей малой тяги и т.п.

С целью подтверждения надежности конструкции "Бриза-М" в ГКНПЦ им. М.В. Хруничева была разработана программа наземных лабораторно-стендовых испытаний. В ходе выполнения указанной программы стендовые изделия были подвергнуты запланированным испытаниям и проверкам, подтвердившим как достигнутое повышение характеристик заимствованных узлов, агрегатов и систем и расчетные характеристики спроектированных заново элементов конструкции, так и их успешную совместную работу в составе всего разгонного блока.

Параллельно с наземной отработкой "Бриза-М" проводилась подготовка объектов и сооружений космодрома Байконур, предназначенных для обслуживания нового разгонного блока. Отдельное сооружение (Корпус 152) на технической площадке №95 (где расположены также сооружения для предстартовой подготовки ракет-носителей "Протон") было специально оборудовано для проведения предстартовых испытаний и операций, проводимых с "Бризом-М". В нем была размещена необходимая контрольно-проверочная аппаратура и вспомогательное оборудование, а помещения, предназначенные для работы с новым разгонным блоком, были приведены в соответствие с требованиями высших мировых стандартов.

Следует отметить, что благодаря применению в "Бризе-М" топлива, широко используемого как для самого носителя "Протон", так и для всех отечественных КА, развертывание средств заправки для нового разгонного блока не вызвало значительных трудностей.

В начале апреля 1999 г. на космодром прибыл первый летный "Бриз-М". К середине апреля этот разгонный блок уже успешно прошел комплексные испытания. К сожалению, пуск "Протона" с первым летным разгонным блоком "Бриз-М" 5 июля 1999 г. закончился неудачей из-за аварии двигателей второй ступени носителя. Однако телеметрия показала, что системы "Бриза-М" осуществляли штатное функционирование вплоть до входа ракетно-космического комплекса в плотные слои атмосферы.

За время, прошедшее с июля 1999 г. до первого полномасштабного полета "Бриза-М" в июне 2000 г., произошло еще одно событие, которое может считаться первым летным испытанием "аналога" центральной части этого разгонного блока. Речь идет о первом (демонстрационном) пуске уже упомянутого легкого носителя "Рокот" с космодрома Плесецк, успешно осуществленном 16 мая 2000 года.

Использованный в предыдущих испытательных пусках "Рокота" разгонный блок "Бриз-К" был заменен модернизированным разгонным блоком "Бриз-КМ", который был в максимальной степени унифицирован с центральной частью "Бриза-М" для обеспечения возможности совместного производства обоих блоков на РКЗ ГКНПЦ им. М.В. Хруничева.

Во время своего демонстрационного полета ракета-носитель "Рокот" с высокой точностью вывела на заданные орбиты с помощью разгонного блока "Бриз-КМ" два макета спутников, продемонстрировав не только свою готовность к коммерческой эксплуатации, но и летное подтверждение многих характеристик и показателей, общих для "Бриза-КМ" и "Бриза-М". В полете было проведено три включения маршевого двигателя разгонного блока, причем последнее включение проводилось с целью торможения и увода разгонного блока с орбиты с последующим его затоплением в океане.

В мае 2000 г., еще до пуска "Рокота", на космодроме Байконур были начаты работы по подготовке к пуску второго летного экземпляра разгонного блока "Бриз-М". В первой половине мая был выполнен полный объем работ и испытаний, предусмотренный для данного изделия, и произведена заправка шаробаллонов разгонного блока газом (гелием) высокого давления и частичная заправка компонентами топлива, предусмотренная штатной документацией. Параллельно проходили подготовку к пуску КА "Горизонт" и ракета-носитель "Протон".

1 июня 2000 г. РКН была вывезена на стартовый комплекс и установлена на пусковое устройство. Предстартовая подготовка продолжалась до 10 часов вечера 5 июня, после чего Государственная комиссия дала разрешение на заправку и пуск. 6 июня 2000 г. в 8 ч 57 мин по московскому времени для полностью готовой РКН была выдана команда "Пуск", и через 2 минуты ракета начала свой полет.

Отделение разгонного блока "Бриз-М" с установленным на нем КА "Горизонт" от последней ступени носителя произошло в 7 ч 8 мин 43 с. Через 30 секунд было проведено первое включение маршевого двигателя разгонного блока с целью "доразгона" и выхода на опорную орбиту. Второе включение (длительностью 15 мин 40 с) для перехода на промежуточную орбиту (ГПО) было произведено через 45 мин 15 с полета по опорной орбите. Третье включение двигателя (длительностью 15 мин 48 с) было произведено в 10 ч 29 мин 32 с по московскому времени.

Во время полета по промежуточной орбите, в 10 ч 46 мин 46 с был сброшен дополнительный топливный бак, а после четвертого включения двигателя разгонного блока (длительностью 11 мин 27 с), в 15 ч 58 мин 34 с КА "Горизонт" был отделен от РБ "Бриз-М". Полетное задание было успешно выполнено, а точность выведения КА оказалась во много раз выше расчетной.

Первое успешное летное испытание разгонного блока "Бриз-М" показало всему миру, что российская космическая промышленность в новых экономических условиях, несмотря на существующую сложную ситуацию, уже может создавать принципиально новые средства выведения, не являющиеся прямой модернизацией изделий, разработанных еще в советское время. Результаты этого полета подтвердили высокие качества нового изделия, которые еще до начала летной эксплуатации привлекли к нему внимание потенциальных заказчиков. Не следует также забывать, что российские национальные интересы также требуют широкого применения геостационарных средств выведения для замены, восполнения и расширения состава российской геостационарной орбитальной группировки, причем применение этих средств требуется в самое ближайшее время — необходимо как можно быстрее занять орбитальные позиции на гСО ("точки стояния"), выделенные России международным сообществом, в противном случае эти точки могут быть переданы другим странам.

Несмотря на свое большое самостоятельное значение, введение в летную эксплуатацию нового разгонного блока "Бриз-М" является частью общего процесса обновления и модернизации существующего парка российских средств выведения. Следующий полет "Бриза-М" запланирован уже в сочетании с ракетой-носителем "Протон-м", представляющей собой модернизацию существующего "Протона". Такая комбинация представляет собой комплекс ракеты-носителя космического назначения, обладающий характеристиками, которые позволят ему успешно конкурировать на мировом рынке с такими новыми зарубежными носителями, как, например Ariane 5 и Delta 4. Изделия для первого полета РКН "Протон-М" + "Бриз-М" уже проходят подготовку на космодроме Байконур. "Бриз-М" будет также применяться и на совершенно новых российских тяжелых носителях семейства "Ангара", что еще более расширит возможности применения российских средств выведения и обеспечит поддержание их конкурентоспособности за пределами текущего десятилетия.

Сочетание высоких летно-эксплуатационных характеристик и мероприятий по обеспечению высокой надежности открывает перед новым разгонным блоком "Бриз-М" широкие перспективы будущего применения, в особенности при использовании его с модернизированными новыми носителями. Есть все основания полагать, что это новое российское средство выведения оправдает возлагаемые на него надежды и станет такой же надежной "рабочей лошадкой" космоса для ближайших десятилетий, какими были его российские предшественники.



 
Теле-Спутник Сентябрь 2000
наверх
 



Уважаемые посетители!
В связи с полной реконструкцией Архива, возможны ситуации, когда текст будет выводиться не полностью или неправильно (отсутсвие статей в некоторых номерах это не ошибка). Если заметите какие-то ошибки, то, пожалуйста, сообщите нам о них. Для связи можете воспользоваться специальной формой:

Номер журнала: *
Страница: *
Дополнительные сведения: *
Желательно четко опишите замеченную проблему - это поможет быстрее ее решить.
Мы не отвечаем на вопросы! Их следует задавать на нашем форуме!
Антиспам: * Нажмите мышкой на синий квадрат:


Поля, помеченные звездочкой (*)
обязательны для заполнения





Новый сайт