Способ обеспечения теплового режима и чистоты головного блока ракеты космического назначения и устройство для осуществления способа

Изобретение относится к средствам управления параметрами окружающей среды и может применяться на существующих ракетах-носителях «Союз», «Зенит-3 SL» (морской старт), «Протон» и др. Предлагаемый способ включает циклические подачу газа в головной блок (ГБ) и выброс его из ГБ. При этом начинают подачу газа в верхнюю часть ГБ и выброс его из нижней части. Попеременно меняют направление потока газа на противоположное, причем на последнем цикле, после получения заданной чистоты газа, его подают в верхнюю часть ГБ, а выброс осуществляют из нижней части. В ГБ поддерживают избыточное давление газа. Предлагаемое устройство содержит фильтр, средства подачи газа в ГБ, термостатирующие элементы. В него введен элемент управления направлением потока газа, соединенный с термостатирующими элементами и с клапанами сброса газа, приборы контроля чистоты газа, установленные на газоводах. Клапаны сброса соединены газоводами с верхним и нижним рассекателями газового потока ГБ. На торец ГБ установлена крышка. Технический результат изобретения состоит в обеспечении повышенной чистоты ГБ, при исключении проникновения в него неочищенного атмосферного воздуха, с одновременным обеспечением теплового режима данного ГБ, в повышении пожаровзрывобезопасности и влагозащищенности ГБ. 2 н.п.ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к ракетно-космической технике.

К современным космическим аппаратам (КА), головным обтекателям (ГО), разгонным блокам (РБ) и другим составным частям головных блоков (ГБ) ракет космического назначения (РКН) предъявляются высокие требования по обеспечению чистоты поверхностей этих узлов.

Это вызвано тем, что в составе КА применяются высокоточные электронные приборы, оптическая аппаратура, солнечные батареи и другие элементы, которые изготавливаются в условиях повышенных требований промышленной чистоты и требуют высокой надежности выполнения поставленных перед ними задач.

Поэтому к изготовлению, сборке, испытаниям и эксплуатации составных частей ГБ и самого ГБ предъявляются повышенные требования по обеспечению чистоты.

Известен способ обеспечения теплового режима ГБ РКН путем подачи воздуха в нижнюю часть ГБ с помощью передвижных средств, смонтированных на железнодорожной или автомобильной платформе, с выходом воздуха из верхней части ГБ и возвратом его на вход в ГБ, т.е. система работает по замкнутому циклу. Циркулируемый воздух очищается с помощью фильтров, установленных на входе подачи воздуха в устройство для обеспечения теплового режима ГБ.

Известны также устройства для обеспечения теплового режима ГБ с трактами подачи воздуха, в которые входят фильтры, вентиляторы, воздуховоды, термостатирующие элементы устройства и др. Эти устройства работают как по разомкнутому, так и по замкнутому циклу. В первом случае подаваемый воздух выбрасывается в атмосферу через один из люков ГО, во втором вновь поступает в систему.

Известен способ обеспечения теплового режима ГБ РКН путем подачи атмосферного воздуха в нижнюю часть ГБ с помощью стационарных наземных средств и средств башни обслуживания РКН и выбросом воздуха в атмосферу в верхней части ГБ, т.е. система работает по разомкнутому циклу. Подаваемый воздух очищается с помощью фильтров, установленных на входе подачи воздуха в устройство для обеспечения теплового режима ГБ («Космодром», под общ. ред. проф. А.П.Вольского, Военное издательство МО СССР, 1977, стр.208-213).

За прототип предлагаемого изобретения приняты способ обеспечения теплового режима и устройство, работающее по разомкнутому циклу.

Недостатками прототипа является то, что:

- воздух, подаваемый в нижнюю часть ГБ и выбрасываемый в верхней части ГБ (состоит из РБ, адаптера КА, ГО и др. элементов), может переносить загрязнения с узлов ГБ на КА;

- подаваемый воздух своим направленным действием на конструкцию может способствовать выдуванию частиц из материалов, применяемых в конструкции ГБ, например, из теплоизоляции;

- не предусмотрено создание избыточного давления внутри ГБ, которое должно препятствовать проникновению неочищенного атмосферного воздуха во внутреннюю полость ГБ через неплотности ГБ (в том числе морского воздуха в случае пуска РКН в морских условиях) во время старта, когда из-за работы маршевых двигателей РКН загрязнение окружающей атмосферы наиболее значительное;

- в целях обеспечения требуемой чистоты КА для него создают в ГБ замкнутый (капсулированный) объем, что приводит к значительным массовым затратам.

Задачей предложенного способа является обеспечение повышенного качества чистоты ГБ с одновременным обеспечением его теплового режима.

Задача решается за счет того, что в способе обеспечения теплового режима и чистоты головного блока ракеты космического назначения, включающем подачу газового компонента в нижнюю часть головного блока с выбросом его из верхней части головного блока, подачу газового компонента производят циклично, начиная подачу газового компонента в верхнюю часть головного блока с выбросом его из нижней части головного блока, торцевая часть которого заглушена крышкой, попеременно меняя направление потока газового компонента на противоположное, причем на последнем цикле после получения заданной чистоты газового компонента его подают в верхнюю часть головного блока, выброс осуществляют из нижней части головного блока, при этом создавая в головном блоке избыточное давление подаваемого газового компонента.

Цикл состоит из подачи газового компонента в верхнюю часть головного блока с выбросом его из нижней части головного блока, затем направление потока газового компонента меняется на противоположное с помощью элемента управления направлением потока. Циклы повторяются до тех пор, пока при очередном цикле на выходе из нижней части головного блока не будет зафиксирована прибором контроля чистоты заданная чистота газового компонента, после чего переходят на режим поддержания избыточного давления в головном блоке путем подачи газового компонента в верхнюю часть головного блока с выбросом его из нижней части головного блока, при этом на торец головного блока должна быть установлена крышка.

Задача решается за счет того, что в состав устройства для реализации способа обеспечения теплового режима и чистоты головного блока ракеты космического назначения, включающего фильтр, очищающий поступающий на вход побудителя расхода газовый компонент, побудитель расхода, подающий газовый компонент по газоводам в головной блок, газоводы, термостатирующие элементы устройства, обеспечивающие поддержание теплового режима головного блока, дополнительно введены элемент управления направлением потока газового компонента, который газоводами соединен с термостатирующими элементами устройства и с клапанами сброса газового компонента из головного блока, приборы контроля чистоты газового компонента, которые установлены на газоводах, клапаны сброса газового компонента, соединенные газоводами с рассекателями потока газового компонента, верхний и нижний рассекатели потока газового компонента, закрепленные на верхней и нижней частях головного обтекателя, и крышка, установленная на торец головного блока, причем верхний и нижний рассекатели потока газового компонента введены в состав головного блока.

На чертеже схематично представлено устройство для обеспечения теплового режима и чистоты ГБ.

1 - головной блок;

2 - космический аппарат;

3 - разгонный блок;

4 - газоводы;

5 - верхний рассекатель;

6 - приборы контроля чистоты;

7 - фильтр;

8 - побудитель расхода;

9 - элемент управления направлением потока;

10 - нижний рассекатель;

11 - крышка;

12 - головной обтекатель;

13 - клапаны;

14 - термостатирующие элементы устройства.

В способе обеспечения теплового режима и чистоты головного блока 1 ракеты космического назначения, включающем подачу газового компонента в головной блок 1 с выбросом его из головного блока 1, подачу газового компонента производят циклично, начиная подачу газового компонента в верхнюю часть головного блока 1 с выбросом его из нижней части головного блока 1, торцевая часть которого заглушена крышкой 11, попеременно меняя направление потока газового компонента на противоположное, причем на последнем цикле после получения заданной чистоты газового компонента его подают в верхнюю часть головного блока 1, а выброс осуществляют из нижней части головного блока 1, при этом создавая в головном блоке 1 избыточное давление подаваемого газового компонента. В состав устройства для реализации способа обеспечения теплового режима и чистоты головного блока 1 ракеты космического назначения, включающего фильтр 7, очищающий поступающий на вход побудителя расхода 8 газовый компонент, побудитель расхода 8, подающий газовый компонент по газоводам 4 в головной блок 1, газоводы 4, термостатирующие элементы устройства 14, обеспечивающие поддержание теплового режима головного блока 1, дополнительно введены элемент управления направлением потока 9 газового компонента, который газоводами 4 соединен с термостатирующими элементами устройства 14 и с клапанами 13 сброса газового компонента из головного блока 1, приборы контроля чистоты 6 газового компонента, которые установлены на газоводах 4, клапаны 13 сброса газового компонента, соединенные газоводами 4 с рассекателями 5 и 10 потока газового компонента, верхний и нижний рассекатели 5 и 10 потока газового компонента, закрепленные соответственно на верхней и нижней частях головного обтекателя 12, и крышка 11, установленная на торец головного блока 1, причем верхний и нижний рассекатели 5 и 10 потока газового компонента введены в состав головного блока 1.

Устройство для реализации способа обеспечения теплового режима и чистоты головного блока 1 ракеты космического назначения, включающее фильтр 7, очищающий поступающий на вход побудителя расхода 8 газовый компонент, побудитель расхода 8, подающий газовый компонент по газоводам 4 в головной блок 1, газоводы 4, термостатирующие элементы устройства 14, обеспечивающие поддержание теплового режима головного блока 1, работает следующим образом.

На открытую часть головного блока 1 установлена крышка 11 для создания в головном блоке 1 замкнутого объема, далее производится циклическая продувка головного блока 1.

Газовый компонент подается с расходом, обеспечивающим унос загрязнений с поверхностей составных частей головного блока 1.

Цикл продувки состоит из подачи побудителем расхода 8 в верхнюю часть головного блока 1 газового компонента, очищенного фильтром 7 и с температурой, полученной с помощью термостатирующих элементов устройства 14 (например, электроподогревателей и охладителей), при этом газовый компонент поступает через верхний рассекатель 5 в полость головного блока 1 и выбрасывается из нижней части головного блока 1 через нижний клапан 13.

На выходе из головного блока 1 прибором контроля чистоты 6 ведется контроль газового компонента. При получении заданного значения чистоты газового компонента направление потока меняется на противоположное с помощью элемента управления направлением потока 9 (например, управляемой заслонки).

Верхний рассекатель 5 и нижний рассекатель 10 потока газового компонента введены в состав головного блока 1 для обеспечения внутри головного блока равномерного распределения потока газового компонента, исключающего направленное воздействие струй потока на элементы конструкции составных частей головного блока 1 (теплоизоляция, оптика, солнечные батареи и др.), а газоводы 4, прибор контроля чистоты 6 газового компонента, фильтр 7, побудитель расхода 8, элемент управления потоком 9 газового компонента, клапаны 13 и крышка 11 используются на время обеспечения чистоты и теплового режима головного блока 1.

Первый и последний циклы продувки головного блока 1 предусматривают обязательную подачу газового компонента в верхнюю часть головного блока 1 с выбросом газового компонента из нижней части головного блока 1 с тем, чтобы исключить перенос загрязнений на космический аппарат, расположенный в верхней части головного блока 1, с других составных частей головного блока 1.

Введение нового способа и устройства для обеспечения теплового режима и чистоты головного блока 1

- позволяет совместить обеспечение повышенного качества чистоты головного блока 1 с одновременным обеспечением теплового режима;

- позволяет дополнительно решать задачи пожаровзрывобезопасности, влагозащищенности и в итоге надежности выведения КА 2 при применении соответствующих инертных сухих газов;

- препятствует проникновению неочищенного атмосферного воздуха в головной блок 1;

- позволяет улучшить массовые характеристики головного блока 1 за счет отказа от конструкций, отделяющих КА 2 от остального пространства под ГО 12, что приводит к увеличению массы полезной нагрузки, примерно, на 5%.

Реализация предлагаемого изобретения возможна на существующих РКН типа «Союз», «Зенит-3 SL» (морской старт), «Протон» и вновь разрабатываемых РКН.

1. Способ обеспечения теплового режима и чистоты головного блока ракеты космического назначения, включающий подачу газового компонента в головной блок с последующим выбросом его из головного блока, отличающийся тем, что подачу газового компонента производят циклично, начиная подачу газового компонента в верхнюю часть головного блока с выбросом его из нижней части головного блока, торцевая часть которого заглушена крышкой, попеременно меняя направление потока газового компонента на противоположное, причем на последнем цикле после получения заданной чистоты газового компонента его подают в верхнюю часть головного блока, а выброс осуществляют из нижней части головного блока, при этом создавая в головном блоке избыточное давление подаваемого газового компонента.

2. Устройство обеспечения теплового режима и чистоты головного блока ракеты космического назначения, включающее фильтр, очищающий поступающий на вход побудителя расхода газовый компонент, побудитель расхода, подающий газовый компонент по газоводам в головной блок, газоводы, термостатирующие элементы устройства, обеспечивающие поддержание теплового режима головного блока, отличающееся тем, что в него дополнительно введены элемент управления направлением потока газового компонента, который газоводами соединен с термостатирующими элементами устройства и с клапанами сброса газового компонента из головного блока, приборы контроля чистоты газового компонента, которые установлены на газоводах, клапаны сброса газового компонента, соединенные газоводами с рассекателями потока газового компонента, верхний и нижний рассекатели потока газового компонента, закрепленные на верхней и нижней частях головного обтекателя, и крышка, установленная на торец головного блока, причем верхний и нижний рассекатели потока газового компонента введены в состав головного блока.