Ракета-носитель «КОСМОС-3М»

Ракета-носитель «Космос-3М» производится на ФГУП ПО «Полет» с 1968 года. С тех пор и до настоящего времени зарекомендовала себя в качестве самой надежной ракеты в своем классе. Коэффициент надежности составляет 0,97.

С начала 1970-х годов произведено более 750 успешных пусков РН «Космос-3М». По программам международного сотрудничества произведены запуски более 25 космических аппаратов.

Двухступенчатая ракета-носитель (РН) легкого класса «Космос-ЗМ» предназначена для выведения космических аппаратов (КА) различного назначения на низкие и средние околоземные орбиты.

РН обеспечивает запуски КА на эллиптические и околокруговые орбиты высотой от 250 до 1700 км с наклонениями 51, 66, 74 и 83°, при этом масса полезного груза составляет от 1500 кг (высота орбиты 250 км) до 500 кг (высота 1700 км). Ракета-носитель «Космос-ЗМ» способна выводить на орбиту в одном пуске до 8 КА. Она также способна выводить КА массой до 850 кг на солнечно-синхронную орбиту высотой 475 км и наклонением 97,3°.

Важнейшими особенностями ракета-носитель «Космос-ЗМ» являются ее универсальность и высокая надежность.

В штатной эксплуатации РН находится с 1971 года.

Ракета-носитель «Космос-ЗМ» состоит из двух ступеней и головного блока.

На обеих ступенях РН установлены ЖРД, работающие на самовоспламеняющихся компонентах ракетного топлива: окислитель- АК-27И (смесь азотной кислоты и азотного тетраоксида), горючее — НДМГ.

Первая ступень ракеты включает переходный отсек, бак окислителя, межбаковый отсек, бак горючего, силовое кольцо и хвостовой отсек. На первой ступени установлен четырехкамерный жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) РД-216М с турбонасосной системой подачи, выполненный по схеме без дожигания. Управление полетом ракеты во время работы ЖРД первой ступени осуществляется с помощью газовых рулей.

Вторая ступень состоит из приборного, топливного и хвостового отсеков. Кроме того, по бокам ступени смонтированы два навесных блока баков основных компонентов, обеспечивающих работу системы малой тяги (СМТ) и второе включение маршевого ЖРД.

На второй ступени установлена двигательная установка (С5.23,11Д49), в состав которой входят маршевый двигатель без дожигания с насосной системой подачи топлива и четырехсопловой рулевой двигатель с вытеснительной подачей компонентов в специальный газогенератор системы малой тяги.

Для защиты КА на атмосферном участке полета на РН «Космос-ЗМ» используется головной обтекатель. Он состоит из двух полустворок, соединенных в единое целое замками продольного стыка. Крепление обтекателя к приборному отсеку второй ступени осуществляется замками поперечного стыка. Космические аппараты устанавливаются под головным обтекателем на раму полезной нагрузки.

Ступени соединены по схеме «тандем». Разделение ступеней производится по «полугорячей» схеме. Сброс головного обтекателя производится на участке полета второй ступени на высоте около 75 км.

С помощью РН «Космос-ЗМ» по отечественным программам осуществлены запуски КА систем «Парус», «Цикада», КОСПАС-SARSAT, «Гонец» по программе международного сотрудничества «Интеркосмос» — Ariabhata, Bhaskara-1, Bhaskara-2, Signe-З, а также коммерческие запуски КА США, Швеции,

Мексики, Германии, Италии, Великобритании, Китая.

Ведутся работы по расширению возможностей РН «Космос-ЗМ»:

• обеспечена возможность попутного запуска одного или двух малых космических аппаратов, размещенных на основном космическом аппарате;
• обеспечена возможность группового запуска нескольких малых КА, размещенных на специальном адаптере, оснащенном поворотными платформами и системами отделения;
• создан и успешно прошел летные испытания головной обтекатель РН с увеличенной зоной полезной нагрузки.

Основные характеристики ракеты-носителя «Космос-3М»

Стартовая масса, т

Сухая масса (с головным обтекателем), т

Масса полезного груза, выводимого на круговую орбиту высотой 200 км с наклонением 51°, т

Источник

Космос-3М (11К65М) — ракета-носитель среднего класса

Лёгкая двухступенчатая ракета-носитель (РН) «Космос-3М» (11К65М) служит для выведения автоматических космических аппаратов (КА) легкого и среднего класса различного назначения на круговые и эллиптические орбиты.

Видео Космос-3М

На обеих ее ступенях установлены маршевые жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) открытого цикла с турбонасосной подачей долгохранимого самовоспламеняющегося топлива (окислитель – 27% раствор тетроксида азота в азотной кислоте (АК-27И), горючее – несимметричный диметилгидразин (НДМГ)). Система управления – инерциальная. Управление на участке работы первой ступени РН осуществляется с помощью четырёх графитовых газовых рулей (устанавливаются незадолго перед стартом ракеты), на участке работы второй ступени – с помощью четырёх качающихся сопел, работающих на отработанном на турбине («мятом») генераторном газе.

КА устанавливаются под головным обтекателем (ГО), на ферменном переходнике в зоне размещения полезного груза (ПГ). ГО сбрасывается на участке работы второй ступени на высоте 75 км.

Разделение ступеней – холодное, с использованием тормозных твердотопливных двигателей на межбаковом отсеке первой ступени.
Выведение КА на орбиту функционирования – по схеме с двухкратным включением ДУ второй ступени: после первого включения полёт происходит по переходной траектории, в расчётной точке которой вторым включением обеспечивается дополнительное приращение скорости, необходимое для выхода аппарата на заданную орбиту.

Параметры траектории определяются за счет выбора продолжительности работы и интервалов между включениями ДУ второй ступени. Стабилизация ступени на участке полёта по переходной траектории – с помощью четырёх ЖРД малой тяги (по 25 Н каждый), имеющих автономные баки с вытеснительной системой подачи топлива.

«Космос-3М» (Впервые наименование «Космос-3М» было заявлено в СМИ 26 апреля 1994 г.) использовался для выведения на орбиту спутников серии «Надежда» международной системы спасения «КОСПАС-САРСАТ», геодезических, навигационно-связных и других КА военного назначения, индийских спутников Aryabhata, Bhaskara и Bhaskara 2, французского КА Signe-3, шведских Astrid и Astrid 2, американских FAISat и FAISat-2V, мексиканского Unamsat-2, итальянских MegSat 0 и MITA, германских Tubsat B, Abrixas и CHAMP, британского SNAP-1, китайского Tsing Hua 1.

С помощью ракеты «Космос-3М» проводились астрофизические, технологические и другие эксперименты в интересах Академии наук СССР, международной организации «Интеркосмос», отраслевых научно-исследовательских организаций, в т.ч. с возвращением ПГ на Землю (см. табл. 2). Примерно половина всех проведенных пусков ракеты приходится на суборбитальные полёты с полигона Капустин Яр для выполнения экспериментов на гиперзвуковых скоростях.

В 1995 г. ракета «Космос-3М» участвовала в международном конкурсе на легкий носитель Med-Lite для NASA. По оценке американских специалистов, которые провели сравнительный анализ 18 типов ракет легкого класса, созданных в разных странах, «Космос-3М» был признан одним из самых совершенных.

Маркетинг носителя на западном рынке ведут совместное предприятие Cosmos International GmbH (при участии германской фирмы OHB-Systems) и российское предприятие «Пусковые услуги».

Производство носителя осуществляется (в низком темпе) в ПО «Полет» (г.Омск). В настоящее время конструкторы предприятия ведут разработку перспективного варианта 11К65МУ «Космос-3МУ» («Взлет»), оснащенного новой системой управления.

Краткая история создания носителя «Космос-3М»

Эскизный проект носителя 65С3 для вывода КА «малой» и «средней» массы (от 100 до 1500 кг) на круговые (высотой от 200 км до 2000 км) и эллиптические орбиты был разработан к апрелю 1961 г. в ОКБ-586 (г.Днепропетровск) на базе одноступенчатой баллистической ракеты среднего радиуса действия Р-14 (8К65) и подкреплен Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 984-425 от 30 октября 1961 г. и Комиссией Президиума Совета Министров от 12 июля 1962 г. Поскольку эта работа несколько выпадала из главного направления деятельности предприятия (создание боевых баллистических ракет), генеральный конструктор днепропетровского ОКБ М.К.Янгель предложил передать ее в красноярское ОКБ-10 под руководством М.Ф.Решетнева.

В конце 1961 г. представители ОКБ-10 включились в работу. Решетневцы предложили оригинальное техническое решение, позволяющее запускать спутники на круговые орбиты путем введения «пунктирного» участка стабилизированного полёта. Для реализации идеи была принята двухимпульсная схема включения маршевого ЖРД второй ступени: первый импульс формирует эллиптическую траекторию, в апогее которой вторым включением аппарат переводится на круговую орбиту.

В ОКБ-456 А.М.Исаева создали трехрежимный двигатель 11Д49 (два включения на номинальной тяге и работа в дроссельном режиме), а решетневцы разработали систему малой тяги, обеспечившую стабилизированный полёт между двумя включениями маршевого ЖРД. Топливо для этой системы располагалось в двух специальных баках, подвешенных на внешней поверхности основного бака второй ступени.

Разработка ракетного комплекса велась в два этапа. На первом был создан носитель 11К65 «Космос-3». В мае 1964 г. две таких ракеты были вывезены на Байконур для пуска со стартовой площадки 41, имеющей недобрую славу: именно здесь в 1960 г. при катастрофе во время предстартовой подготовки ракеты Р-16 погибла большая группа специалистов и военных, включая маршала М.И.Неделина.

В августе началась предстартовая подготовка. В соответствии «с законами жанра», незаправленная ракета упала со стартового стола!
Приняли решение: пустую ракету до заправки крепить к башне обслуживания. За ночь, используя «производственные мощности» ремонтного поезда В.Н.Челомея, изготовили установку для крепления.
После заправки носителя на полигон пришла туча с ветром до 25 м/с (порывы до 27 м/с), что превышало тактико-технические требования. Судьба продолжала и далее испытывать создателей «Космоса-3»: произошли три сбоя электроники и местная потеря устойчивости хвостового отсека (на его обшивке появились «хлопуны»). Но с третьей попытки, 18 августа, ракета стартовала, выведя на орбиту три габаритно-весовых макета КА «Стрела» (спутники «Космос-38»…-40) с передатчиками системы «Маяк», получавшими питание от батареек для карманного фонаря.

3 сентября 1965 г. ТАСС сообщил о выведении пяти новых «Космосов» (№80–84) на круговую орбиту высотой 1500 км.

Дальнейшая судьба 11К65М сложилась так: первые 14 носителей были изготовлены на опытном производстве ОКБ-10 с участием «Красмашзавода». В 1966 г. их изготовление было полностью передано на «Красмашзавод», а с 1970 г. – в ПО «Полёт».
Постановлением ЦК КПСС и Совмина СССР №949-321 от 30 декабря 1971 г. ракета-носитель 11К65М была принята на вооружение в составе космического комплекса специального назначения.

В 1972 г. разработка 11К65М была отмечена Государственной премией СССР в области науки и техники.

Для замены РН «Космос-3М» в 1980-х годах ОКБ «Южное» (Днепропетровск) и ПО «Полет» (Омск) выпущен проект легкой экологически чистой ракеты 11К55 на базе технологических решений, разработанных в ходе программы «Энергия–Буран», но разработка сначала затормозилась, а потом и полностью прекратилась, осложненная процессами, происходящими в последние годы существования СССР.

Тактико-технические характеристики Космос-3М

Количество ступеней. 2
Длина. 32,4 м
Диаметр. 2,4 м
Стартовая масса. 109000 кг
История запусков
Состояние. снята с эксплуатации
Места запуска. Плесецк, Капустин Яр
Число запусков. 440
— успешных. 420
— неудачных. 20
Первый запуск. 15 мая 1967

Первая ступень — Р-14У

Маршевый двигатель. РД-216 (11Д614)
Тяга. 1485,6 кН на уровне моря
Удельный импульс. 291 с на уровне моря
Время работы. 130 с
Горючее. НДМГ
Окислитель. АК-27И

Вторая ступень

Маршевый двигатель. 11Д49
Тяга. 157,3 кН
Удельный импульс. 303 с
Время работы. 350 с
Горючее. НДМГ
Окислитель. АК-27И

Источник

Компоновочная схема РН «Космос-3М»

Им. академика М.Ф. Решетнева»

(СибГАУ)

Институт космической техники

Кафедра летательных аппаратов

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Основы устройства летательных аппаратов»

Тема: «Исследование тактико-технических характеристик и устройства

Выполнил: студент гр. А-91______________________

Проверил: преподаватель ______________________

Красноярск 20___ г.

1.1. Компоновочная схема ракеты-носителя «Космос-3М»…………..7

1.2. Краткая история создания….……………………………………….8

1.3. Тактико-технические характеристики……………………………..11

1.4. Краткое техническое описание конструкции……………………. 12

1.5. Двигатели и их характеристики…………………………………….15

2.1. Редукторы давления их устройство и принцип работы………….23

ВВЕДЕНИЕ

Задачи освоения космического пространства явились мощным стимулом в развитии мировой науки и техники. Запуск в СССР (России) в октябре 1957 г первого ИСЗ положил начало практической космонавтики, а ракета Р-7, созданная в ОКБ-1 под руководством С.П. Королева, вошла в историю как первая ракета-носитель (РН), осуществившая вывод полезного груза на околоземную орбиту. Таким образом, мировой приоритет страны в открытии эры космонавтики был обеспечен благодаря успешному решению сложнейших научно-технических и производственных задач по созданию указанной ракеты-носителя, которая и по сегодняшний день, спустя почти полвека с начала запусков ИСЗ, является одной из базовых в ряду отечественных РН.

Многообразие задач, решаемых современной космонавтикой, определили необходимость создания космических аппаратов (КА) различного назначения и освоения различных типов орбит, от низких околоземных до межпланетных. Особое место занимает пилотируемая космонавтика, начавшаяся с исторического полета Ю.А. Гагарина в апреле 1961 г. РН «Восток», созданная на базе Р-7, обеспечившая успешный полет первого в мире космонавта, также вошла в историю мировых научно-технических достижений.

Сегодня масштабы космической деятельности человечества огромны. Космические технологии используют более 110 стран, а около 40 из них являются владельцами КА различного назначения. Однако количество стран, в которых разрабатываются и производятся собственные средства выведения КА, довольно ограничено, что является свидетельством сложности тех проблем, которые приходится решать при создании надежных РН. В 1960-70-е годы абсолютная монополия в этой области принадлежала двум странам – СССР и США. В течение 1980-90-х годов к ним присоединились ряд стран Западной Европы, объединенных в настоящее время вокруг Европейского космического агентства (ЕКА) с лидирующей ролью в нем Франции, а также Китай, Япония, Индия и др.

Если в период становления космонавтики работы в области ракетно-космической техники носили преимущественно закрытый характер, то начиная с 1990-х годов особенностью развития космической деятельности явилось формирование мирового рынка космических товаров и услуг. К настоящему времени сложилась определенная классификация сегментов этого рынка, в котором одним из важнейших являются «космические транспортные системы и средства доставки в космос полезных нагрузок». Неблагоприятные социально-экономические условия в России в 1990-х годах привели к значительному снижению потенциала ракетно-космической отрасли, что в период активного формирования мирового космического рынка значительно усугубило положение страны на этом направлении рынка высоких технологий. И только в сфере запусков КА отечественная ракетно-космическая отрасль остается конкурентоспособной. Мировой рынок пусковых услуг примерно поровну делится между Россией, США и ЕКА. Это является свидетельством высокого уровня разработок и производственной базы, созданной в стране в 60-80-х годах в области создания РН различного класса.

Одной из особенностей эксплуатируемых в настоящее время средств выведения является большая кооперация разработчиков и изготовителей ракетно-космической техники (РКТ), часть из которых находится в странах СНГ. В создании и эксплуатации практически всех, отраженных в настоящем пособии РН, задействована в той или иной мере кооперация предприятий, расположенных в России, на Украине, в Белоруссии. Все эти РН мы называем отечественными. С октября 1957 по настоящее время осуществлено около 2900 пусков отечественных РН, из которых полностью успешными явились около 2700 (150 – аварийных, 50 – частично успешных). С их помощью на орбиты в ближний и дальний космос выведено более 3 300 КА, в том числе около 150 иностранных. Для подготовки и пуска РН использовались 4 космодрома: «Плесецк» (с 1966 г. осуществлено более 1 500 пусков и выведено на орбиты 1920 КА), «Байконур» (с 1957 г. соответственно 1 200 пусков и 1 230 КА), «Капустин Яр» (с 1961 г. 140 пусков и 85 КА, в настоящее время не используется), «Свободный» (с 1997 г. 4 пуска и 4 КА).

Существующая отечественная система средств выведения КА включает ракетно-космические комплексы (РКК) с ракетами-носителями, относящимся по принятой у нас классификации к легкому, среднему и тяжелому классам.

К РН легкого класса относятся «Космос-3М», «Циклон-2», «Циклон-3» со стартовой массой до 200 т и массой полезной нагрузки до 3,6 т на низкой околоземной орбите (до 400 км). К данному классу относятся также твердотопливные четырехступенчатые РН «Старт-1», созданные на базе МБР РС-12М со стартовой массой 47 кг, способные выводить на низкие орбиты КА массой до 630 кг.

К среднему классу относятся РН типа «Союз», «Молния», «Зенит» со стартовой массой от 310 до 460 т, способные выводить полезные нагрузки на низкие орбиты от 7 до 13 т. РН «Молния» предназначена для выведения КА до 2 т только на высокоэллиптические орбиты с высотой апогея 40 000 км и перигея до 600 км.

Самыми мощными отечественными РН являются РН тяжелого класса типа «Протон», со стартовой массой около 700 т, обеспечивающие выведение КА массой до 20,4 т на низкие орбиты, а с применением разгонных блоков (РБ) типа ДМ – массой до 2,6 т на геостационарную орбиту.

Современные концепции дальнейшего развития средств выведения КА учитывают наряду с экономическими факторами ряд других обстоятельств, связанных как с разрушением прежней кооперации предприятий и отходом в зарубежную территорию крупнейшего космодрома Байконур, так и необходимостью обеспечения конкурентоспособности отечественных РН на мировом космическом рынке. Важнейшей задачей в настоящее время становится обеспечение независимого доступа России в космос и выполнение программ развертывания и поддержания отечественной орбитальной группировки КА (в течение 90-х годов ее численность уменьшилась почти в два раза и в настоящее время составляет около 100 КА). Гарантируемый доступ в космос заключается в возможности запуска КА (в первую очередь военного назначения) с космодромов, расположенных на территории России, ракетами-носителями, производимыми на российских предприятиях.

Среди мероприятий настоящего времени по совершенствованию отечественных средств выведения можно выделить:

– модернизация базовых, конкурентоспособных на мировом космическом рынке РН «Союз» и «Протон» с целью продления их жизненного цикла, восстановление ресурса пусковых наземных комплексов, сохранение и развитие производства усовершенствованных типов РН («Союз-2», «Протон-М»). В этих целях совершенствуется конструкция их двигательных установок, создается новая система управления на современной элементной базе с «гибким» программным обеспечением для бортовых вычислительных комплексов и др.;

– освоение для выведения полезных нагрузок на низкие околоземные орбиты конверсионных МБР различного типа с заменой снимаемых с производства РН легкого класса «Космос» и «Циклон»;

– формирование научно-технического и технологического задела по ключевым элементам РН нового поколения;

– проведение опытно-конструкторских работ по созданию универсальных космических ракетных комплексов легкого, среднего и тяжелого классов (проект «Ангара») с многократным использованием ступени-ускорителя (типа «Байкал»);

– проработка и поэтапная реализация перспективных проектов использования для выведения полезных нагрузок авиационно-космических систем (проекты МАКС, «Воздушный старт»).

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Компоновочная схема РН «Космос-3М»

Источник