Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к конструкциям многоступенчатых ракет-носителей (РН), состоящих из ракетных модулей (блоков) и предназначенных для выведения полезных грузов на различные околоземные орбиты как непосредственно, так и с помощью дополнительной верхней ступени - блока довыведения, составляющей вместе с полезным грузом головной блок РН.
Известны технические решения, предусматривающие использование в многоступенчатой РН однобаковых ракетных модулей (РМ). Примером применения однобаковых РМ может служить первая ступень ракеты-носителя "Протон" [1], в которой шесть однобаковых РМ крепятся к центральному топливному баку (ТБ). Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) каждого модуля получает один компонент топлива из бака собственного блока, другой - из центрального топливного бака при помощи межмодульной топливной магистрали (ТМ). Применение такой схемы позволило уменьшить длину ступени и размерность баков, что в свою очередь дало возможность транспортировать ее поблочно по железной дороге. Недостатком РН является невысокое энергомассовое совершенство первой ступени, обусловленное ее конструктивной схемой и типом применяемого топлива. Для того чтобы РН была эффективной, на ней устанавливаются еще две ступени, соединенные с первой по схеме "тандем". Двигатели этих ступеней запускаются в полете, что отрицательно сказывается на надежности носителя. Кроме того, размерность верхних ступеней потребовала установки на них двигателей другого класса тяги, чем на первой, т.е., носитель оказался неунифицированным по ЖРД. Статистика аварий РН "Протон" показывает, что значительная их доля была связана с работой двигателей верхних ступеней.
Известно применение объединенных в связки пар однобаковых блоков ([2] - "ОТРАГ"), в котором ракета составлялась из пар однобаковых блоков, имеющих собственный двигатель и единственный топливный бак и применявшая вытеснительную систему подачи топлива. В качестве топлива использовались керосин и концентрированная азотная кислота. Во время полета между блоками в паре происходил обмен недостающими компонентами топлива. Основной недостаток такой схемы - требуемая высокая ступенчатость для компенсации низких энергомассовых характеристик ракеты (до 6 ступеней у носителей "ОТРАГ"), результатом чего явилось большое - от нескольких десятков до 600 - количество пар блоков. Следствием такого количества элементов явилась низкая расчетная надежность ракеты. Кроме того, в ракете отсутствовал центральный, стержневой элемент при том, что полезный груз устанавливался тандемно с ней. Отсутствие такого элемента в конструкции РН способствует развитию неустойчивостей в полете и приводит к повышенным вибровоздействиям на полезный груз и саму конструкцию ракеты.
Известен проект технологического ряда РН "Ангара" [3], первая ступень которых имеет в своей основе унифицированные двухбаковые РМ, собранные по схеме "пакет". Один из модулей является центральным, остальные располагаются симметрично вокруг него. В семействе РН "Ангара" все модули имеют высокую степень унификации - используют одинаковые компоненты топлива, однотипные двигатели, топливные баки одинакового диаметра и объема. Это позволяет сократить затраты на разработку РН и создание производственной базы.
Но эти носители имеют следующие недостатки. Для повышения эффективности на последнем участке работы первой ступени проводят дросселирование ЖРД центрального РМ (ЦРМ). Это позволяет к окончанию работы боковых РМ иметь некоторый остаток топлива в баках ЦРМ. Сброс боковых РМ и автономный полет центрального РМ повышают грузоподъемность носителя, но глубокое дросселирование двигателя невозможно без ухудшения его характеристик и уменьшения надежности. Умеренное дросселирование без существенных последствий позволяет добиться относительно небольшого, около 20%, остатка топлива в баках ЦРМ. Таким образом, связка из нескольких унифицированных блоков оказывается слабоэффективной для запусков искусственных спутников. Установленная на РН вторая ступень - дополнительный ракетный блок, расположенный соосно с ЦРМ, существенно повышает массу выводимого полезного груза. Но этот блок вносит в РН два существенных недостатка. Во-первых, запуск его двигателя производится в полете, что не дает возможности в случае невключения остановить пуск. Во-вторых, блок второй ступени не унифицирован с блоками первой ступени, что требует организации для него отдельного производства. Еще одним недостатком носителя является то, что отказ в полете двигателя любого из блоков первой ступени на всем протяжении его работы, за исключением самых последних секунд, неизбежно приводит к невыполнению задачи полета РН. Это вызвано неиспользуемым остатком топлива в аварийном блоке, который не позволяет носителю набрать достаточную скорость.
Известны также РН пакетной схемы, в которой оба компонента из двухбаковых ракетных блоков (модулей) передаются в блоки последующих ступеней в процессе их совместной работы с тем, чтобы к моменту разделения ступеней обеспечить максимальное заполнение баков модулей работающей компоновки [4]. Носитель состоит из нескольких двухбаковых РМ, собранных по схеме "пакет", и головной части, содержащей полезный груз. Головная часть может также содержать ракетный блок - дополнительную верхнюю ступень. Пакетная компоновка может содержать различное количество РМ, которые являются модулями не менее, чем двух ступеней. Последняя ступень состоит из одного блока, на который сверху устанавливается головная часть. РМ всех ступеней до предпоследней включительно оборудованы средствами отделения в полете от основной компоновки. РН снабжена системой перелива компонентов топлива между модулями, состоящей из межмодульных топливных магистралей, которыми соединены собственные топливные магистрали модулей каждой предыдущей и последующей ступеней. На межмодульных ТМ установлены отрывные гидроразъемы и по два отсечных клапана с обеих сторон от них. Кроме того, на каждой собственной ТМ модулей, за исключением модулей первой ступени, выше мест соединения с межмодульными ТМ установлены пусковые клапаны.
РН может быть изготовлена в нескольких модификациях, отличающихся количеством боковых РМ, их расположением относительно центрального РМ, количеством РМ в каждой ступени.
Согласно [4] схема системы перелива компонентов топлива выглядит следующим образом. На топливных магистралях модулей последующей ступени, соединяющих их топливные баки с блоками ЖРД, установлены пусковые клапаны. Между модулями предшествующей и последующей ступеней проложены топливные магистрали, соединяющие топливные магистрали модулей предшествующей ступени с топливными магистралями соответствующего компонента модулей последующей ступени ниже установленных на них пусковых клапанов. На межмодульных ТМ в межмодульном пространстве установлены отрывные гидроразъемы, а с обеих сторон от них - отсечные клапаны. Последней ступенью является ЦРМ, из которого топливо не переливается.
Всего в РН имеется по две межмодульных ТМ на каждый боковой блок.
Представленная РН [4] наиболее близка предлагаемой и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является возрастающая сложность при увеличении количества составляющих блоков: с каждым дополнительным РМ, начиная со второго, РН получает два топливных бака с обеспечивающими их работу системами и две межмодульные ТМ, каждая из которых содержит два отсечных клапана и один отрывной гидроразъем. Кроме того, РМ второй и последующих ступеней содержат два пусковых клапана на собственных ТМ модуля. Наличие этих устройств неблагоприятно влияет на надежность РН, так как все они срабатывают в процессе полета, а отказ большинства из них вызывает аварию РН. По крайней мере, авария произойдет при нерасстыковке отрывных гидроразъемов и незакрытии отсечных клапанов со стороны работающей ступени.
Возрастающее количество межмодульных ТМ с отрывными гидроразъемами отражается на массе и стоимости изготовления конструкции. Большое количество баков также увеличивает сухую массу и стоимость изготовления РН. Это связано не только с необходимостью установки в каждом баке систем контроля состояния компонента, но и с объемом внутрибаковых работ, после которых должна быть обеспечена его высокая чистота. В процессе производства баков требуется и очистка изнутри их стенок. Объем этой работы пропорционален суммарной площади внутренней поверхности баков, которая пропорциональна количеству РМ.
Особенно сложен контроль внутреннего состояния баков у многоразовых модулей. Дополнительную сложность вносит трубопровод компонента, расположенного в верхнем баке блока, обычно прокладываемый через нижний бак. Он целиком или частично подвешен в положении, близком к вертикальному, и при возвращении испытывает поперечные нагрузки, в несколько раз превышающие нагрузки при транспортировке и выведении. Производство ракетных блоков в многоразовом варианте потребует укрепления внутрибакового топливопровода или прокладке его по внешней поверхности бака, что приведет к увеличению их сухой массы.
Целью предлагаемого технического решения является повышение надежности РН, уменьшение производственных затрат и эксплуатационных расходов.
Это достигается тем, что топливо, предназначенное для перелива в другие блоки, распределяется покомпонентно по двухбаковым РМ так, что в каждом из них только один компонент включает долю, предназначенную для перелива. Кроме того, это достигается обратным расположением баков в модулях разных ступеней и тем, что межмодульные ТМ компонента верхних баков предыдущей ступени соединяются непосредственно с баками того же компонента последующей ступени, имеющими нижнее расположение в модулях. Это позволит вдвое сократить количество межмодульных ТМ, а также сократить число пусковых клапанов и тем самым увеличить надежность и уменьшить стоимость изготовления РН.
Это достигается также тем, что в РН используются как двухбаковые, так и однобаковых РМ. Это позволит при прежнем количестве межмодульных ТМ сократить количество баков и тем самым уменьшить сухую массу РН и количество измерительной аппаратуры и, следовательно, уменьшить стоимость изготовления и пуска РН. В некоторых модификациях РН это достигается также за счет того, что однобаковые РМ, содержащие разные компоненты, расположенные рядом и обменивающиеся компонентами при помощи межмодульных ТМ, объединяются в пары с помощью силовых связей, обеспечивающих их отделение от основной компоновки в связках, при этом топливные магистрали, соединяющие топливные системы этих РМ, не содержат отсечных клапанов и имеют упрощенное разъемное соединение. При этом в некоторых модификациях РН, использующих компоненты топлива с существенно различным объемным соотношением, в связках однобаковых РМ в том из них, который содержит компонент с меньшим объемом, сверху устанавливается дополнительный ТБ, содержащий другой компонент топлива, который соединяется с топливным баком другого блока при помощи межмодульной топливной магистрали.
РН может быть выполнена в трех вариантах:
1. С покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в боковых двухбаковых РМ и переливом его в ЦРМ.
2. С размещением всего переливаемого топлива в боковых однобаковых РМ.
3. С добавлением однобаковых РМ к двухступенчатой компоновке двухбаковых РМ, использующей перелив топлива между блоками.
Среди вариантов могут быть модификации, содержащие различное количество боковых модулей, имеющие разную конфигурацию систем перелива компонентов, имеющие прямое и обратное расположение толивных баков в двухбаковых РМ разных ступеней, имеющие дополнительные РМ с автономной топливной системой.
Сущность изобретения поясняется следующим графическим материалом:
На фиг.1 изображены вид сбоку (а) и вид снизу (б) четырехблочной модификации РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в трех боковых двухбаковых РМ.
На фиг.2 приведена топливная схема четырехблочной модификации РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в трех боковых двухбаковых РМ и одинаковым расположением топливных баков во всех РМ.
На фиг.3 приведена топливная схема четырехблочной модификации РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в трех боковых двухбаковых РМ и верхним расположением бака горючего, содержащего дополнительное количество компонента.
На фиг.4 изображены вид сбоку (а) и вид снизу (б) семиблочной модификации РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в трех боковых двухбаковых РМ и тремя дополнительными РМ с автономной топливной системой.
На фиг.5 изображены вид сбоку (а) и вид снизу (б) семиблочной модификации РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в шести боковых двухбаковых РМ.
На фиг.6 приведена топливная схема семиблочной модификации РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в шести боковых двухбаковых РМ и одинаковым расположением топливных баков во всех РМ.
На фиг.7 изображены вид сбоку (а) и вид снизу (б) четырехблочной модификации РН, использующей три однобаковых боковых РМ.
На фиг.8 приведена топливная схема четырехблочной модификации РН, использующей три однобаковых боковых РМ.
На фиг.9 изображены вид сбоку (а) и вид снизу (б) семиблочной модификации РН, использующей три однобаковых боковых РМ и три двухбаковых боковых РМ с автономной топливной системой.
На фиг.10 изображены вид сбоку (а) и вид снизу (б) семиблочной модификации РН, использующей шесть однобаковых боковых РМ.
На фиг.11 приведена топливная схема трехступенчатой семиблочной модификации РН, использующей шесть однобаковых боковых РМ.
На фиг.12 изображены вид сбоку (а) и вид снизу (б) пятиблочной модификации РН, использующей четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки.
На фиг.13 приведена топливная схема пятиблочной модификации РН, использующей четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки.
На фиг.14 изображены вид сбоку (а) и вид снизу (б) пятиблочной модификации РН, использующей два однобаковых и два двухбаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки.
На фиг.15 приведена топливная схема пятиблочной модификации РН, использующей два однобаковых и два двухбаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки.
На фиг.16 приведена топливная схема семиблочной модификации РН, использующей шесть однобаковых боковых РМ, которые объединены в две группы из трех модулей, содержащие связки из двух модулей.
На фиг.17 изображены вид сбоку (а) и вид снизу (б) семиблочной модификации РН, использующей четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки, и два боковых двухбаковых РМ.
На фиг.18 приведена топливная схема семиблочной модификации РН, использующей четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки, и два боковых двухбаковых РМ.
Во всех модификациях РН содержит головную часть 1 и центральный РМ 2, а также боковые РМ. Головная часть содержит полезный груз, а также может содержать дополнительный ракетный блок, который далее в тексте при определении ступенчатости РН не учитывается.
Четырехблочная модификация РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в трех боковых двухбаковых РМ (фиг.1 (а) и (б)) имеет в своей основе ЦРМ 2, параллельно с которым установлены боковые ракетные модули 3, 4 и 5. Сверху на ЦРМ и соосно с ним установлена головная часть 1.
В большинстве используемых пар компонентов горючее и окислитель имеют разную плотность. Например, жидкий кислород плотнее керосина примерно в 1.35 раза. Покомпонентное размещение всего или части топлива в боковых модулях четырехмодульной РН приводит к смещению центра масс относительно вектора тяги. Указанная проблема решается путем дросселирования на старте двигателей более тяжелых боковых модулей с постепенным восстановлением их тяги до номинальной либо путем смещения боковых модулей до полного устранения на старте эксцентриситета тяги с последующим постепенным дросселированием двигателей более тяжелых модулей.
Топливная схема этой РН построена следующим образом (фиг.2, 3). ЦРМ имеет блок ЖРД 6, содержащий один или несколько ЖРД, бак окислителя 7, ТМ окислителя 8, соединяющую бак 7 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 6. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 6 и объем ТВ 7 разделены стартовым пусковым клапаном 9. Второй топливный бак 10 ЦРМ, содержащий горючее, соединен топливной магистралью 11 с входным патрубком горючего блока ЖРД 6. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 6 и объем ТБ 10 разделены стартовым пусковым клапаном 12.
Боковой РМ 3 содержит блок ЖРД 13, бак окислителя 14, ТМ окислителя 15, соединяющую бак 14 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 13. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 13 и объем ТБ 14 разделены стартовым пусковым клапаном 16. Второй ТБ 17, содержащий горючее, соединен топливной магистралью 18 с входным патрубком горючего блока ЖРД 13. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 13 и объем ТБ 17 разделены стартовым пусковым клапаном 19.
Боковой РМ 4 содержит блок ЖРД 20, бак окислителя 21, ТМ окислителя 22, соединяющую бак 21 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 20. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 20 и объем ТБ 21 разделены стартовым пусковым клапаном 23. Второй ТБ 24, содержащий горючее, соединен топливной магистралью 25 с входным патрубком горючего блока ЖРД 20. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 20 и объем ТБ 24 разделены стартовым пусковым клапаном 26.
Боковой РМ 5 содержит блок ЖРД 27, бак окислителя 28, ТМ окислителя 29, соединяющую бак 28 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 27. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 27 и объем ТБ 28 разделены стартовым пусковым клапаном 30. Второй ТБ 31, содержащий горючее, соединен топливной магистралью 32 с входным патрубком горючего блока ЖРД 27. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 27 и объем ТБ 31 разделены стартовым пусковым клапаном 33.
В РМ 3 бак горючего 17 содержит дополнительное количество компонента сверх требуемого для работы ДУ данного РМ при использовании всего окислителя из бака 14. Между этим и центральным модулями проложена межмодульная ТМ 34, соединяющая их топливные объемы горючего, включающие баки 10 и 17 и собственные магистрали 11 и 18 горючего. В межмодульном пространстве на межмодульной ТМ установлен отрывной гидроразъем 35. Со стороны ЦРМ до гидроразъема 35 на межмодульной ТМ установлен отсечной клапан 36, а со стороны бокового РМ - отсечной клапан 37.
РН может быть выполнена в двух модификациях. В одной из них (фиг.2) ТБ в модулях 2 и 3 расположены одинаково (баки окислителя - верхние, баки горючего - нижние). Если межмодульная ТМ 34 соединяется с ТМ горючего 11 ЦРМ, то на последней выше места соединения может быть установлен пусковой клапан 38. В другой модификации (фиг.3) бак горючего 17 в РМ 3 установлен над баком окислителя 14, межмодульная ТМ 34 непосредственно соединяет баки горючего 17 и 10 в РМ 3 и ЦРМ, а пусковой клапан на магистрали горючего 11 отсутствует.
В обеих модификациях в РМ 4 и 5 баки окислителя 21 и 28 содержат дополнительное количество компонента сверх требуемого для работы ДУ при использовании всего горючего из баков 24 и 31. Между этими модулями и ЦРМ проложены межмодульные ТМ 39 и 40, соединяющие их топливные объемы окислителя, включающие баки 7, 21, 28 и собственные магистрали окислителя 8, 22 и 29. В межмодульном пространстве на межмодульных ТМ установлены отрывные гидроразъемы 41 и 42. Со стороны ЦРМ до гидроразъемов 41 и 42 на межмодульных ТМ установлены отсечные клапаны 43 и 44, а со стороны боковых РМ - отсечные клапаны 45 и 46.
Если межмодульные ТМ 39 и 40 соединяются с ТМ окислителя 8 ЦРМ, то на последней выше места соединения может быть установлен управляемый пусковой клапан 47.
Все модификации РН могут быть выполнены без пусковых клапанов 38 и 47 на топливных магистралях ЦРМ. Тогда, чтобы преодолеть давление жидкостного столба, не усложняя при этом конструкцию РН, следует осуществлять перелив компонентов разностью давлением наддува в баках. Перепад давления наддува для жидкого кислорода при характерных 4-кратных перегрузках обеспечивает разность уровней ˜1/(0.45 атм/м). При характерных давлениях наддува, не требующих существенного утолщения стенок баков, отсутствие клапана 47 может быть оправдано для РН небольшой высоты, при длине ЦРМ не более ˜10 м. При тех же условиях можно допустить отсутствие клапана 38 для ЦРМ длиной до ˜35 м.
На РН могут быть установлены три дополнительных РМ, имеющих автономную топливную систему (РМ 48, 49 и 50, на фиг.4(а), (б)).
Трехступенчатая семиблочная модификация РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в шести боковых двухбаковых РМ (фиг.5(а), (б)) имеет в своей основе четырехблочную модификацию РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в трех боковых двухбаковых РМ (фиг.1) с тем отличием, что изменены пропорции топливных баков в боковых РМ и установлены три дополнительных двухбаковых РМ. Модуль 51 содержит дополнительное количество горючего, модули 52 и 53 - дополнительное количество окислителя, предназначенных для перелива в ЦРМ.
Топливная схема семиблочной модификации РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в шести боковых двухбаковых РМ и одинаковым расположением топливных баков во всех РМ (фиг.6) имеет в своей основе топливную схему четырехблочной РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в трех боковых двухбаковых РМ (фиг.2). К основе добавлены топливные системы трех дополнительных двухбаковых РМ 51, 52, 53, имеющих аналогичный РМ 3, 4, 5 состав и расположение топливных баков и топливных магистралей.
Боковой РМ 51 содержит блок ЖРД 54, бак окислителя 55, ТМ окислителя 56, соединяющую бак 55 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 54. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 54 и объем ТБ 55 разделены стартовым пусковым клапаном 57. Второй ТБ 58, содержащий горючее, соединен топливной магистралью 59 с входным патрубком горючего блока ЖРД 54. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 54 и объем ТБ 58 разделены стартовым пусковым клапаном 60.
Боковой РМ 52 содержит блок ЖРД 61, бак окислителя 62, ТМ окислителя 63, соединяющую бак 62 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 61. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 61 и объем ТБ 62 разделены стартовым пусковым клапаном 64. Второй ТБ 65, содержащий горючее, соединен топливной магистралью 66 с входным патрубком горючего блока ЖРД 61. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 61 и объем ТБ 65 разделены стартовым пусковым клапаном 67.
Боковой РМ 53 содержит блок ЖРД 68, бак окислителя 69, ТМ окислителя 70, соединяющую бак 69 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 68. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 68 и объем ТБ 69 разделены стартовым пусковым клапаном 71. Второй ТБ 72, содержащий горючее, соединен топливной магистралью 73 с входным патрубком горючего блока ЖРД 68. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 68 и объем ТБ 72 разделены стартовым пусковым клапаном 74.
В РМ 51 бак горючего 58 содержит дополнительное количество компонента, предназначенное для перелива в ЦРМ. Между этими модулями проложена межмодульная ТМ 75, соединяющая топливный объем горючего РМ 51 с магистралью горючего 11 ЦРМ ниже пускового клапана 38. В межмодульном пространстве на межмодульной ТМ установлен отрывной гидроразъем 76. Со стороны ЦРМ до гидроразъема 76 на межмодульной ТМ установлен отсечной клапан 77, а со стороны бокового РМ - отсечной клапан 78.
В РМ 52 и 53 баки окислителя 62 и 69 содержат дополнительное количество компонента, предназначенное для перелива в ЦРМ. Между этими и центральным модулями проложены межблочные ТМ 79 и 80, соединяющие их магистрали окислителя 63 и 70 с магистралью окислителя 8 ЦРМ ниже пускового клапана 47. В межмодульном пространстве на этих межмодульных ТМ установлены отрывные гидроразъемы 81 и 82. Со стороны ЦРМ до гидроразъемов 81 и 82 на межмодульных ТМ установлены отсечные клапаны 83 и 84, а со стороны боковых РМ - отсечные клапаны 85 и 86.
На ТМ 18 РМ 3 выше места соединения с межмодульной магистралью горючего 34 установлен пусковой клапан 87. На ТМ 22 РМ 4 и на ТМ 29 РМ 5 выше мест соединения с межмодульными магистралями окислителя 39 и 40 установлены, соответственно, пусковые клапаны 88 и 89.
Четырехблочная модификация РН, использующая три однобаковых боковых РМ (фиг.7(а), (б)), имеет в своей основе ЦРМ 2, параллельно с которым установлены боковые ракетные модули 3, 4, 5, каждый из которых имеет единственный топливный бак. РМ 3 содержит горючее, модули 4 и 5 - окислитель. Сверху на ЦРМ и соосно с ним установлена головная часть 1.
Топливная система четырехблочной модификации РН, использующей три однобаковых РМ (фиг.8), отличается от топливной системы РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в трех боковых двухбаковых РМ (фиг.2) элементным составом боковых модулей и наличием дополнительных межмодульных ТМ.
Боковой РМ 3 содержит блок ЖРД 13, ТВ 17, содержащий горючее и соединенный топливной магистралью 18 с входным патрубком горючего блока ЖРД 13. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 13 и объем ТВ 17 разделены стартовым пусковым клапаном 19.
Боковой РМ 4 содержит блок ЖРД 20, бак окислителя 21, ТМ окислителя 22, соединяющую бак 21 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 20. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 20 и объем ТВ 21 разделены стартовым пусковым клапаном 23.
Боковой РМ 5 содержит блок ЖРД 27, бак окислителя 28, ТМ окислителя 29, соединяющую бак 28 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 27. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 27 и объем ТВ 28 разделены стартовым пусковым клапаном 30.
Между ЦРМ и РМ 3 проложена дополнительная межмодульная магистраль окислителя 90, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 91 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 92 и 93.
Между ЦРМ и РМ 4 проложена дополнительная межмодульная магистраль горючего 94, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 95 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 96 и 97.
Между ЦРМ и РМ 5 проложена межмодульная магистраль горючего 98, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 99 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 100 и 101.
Межмодульные ТМ соединяются в ЦРМ, образуя общий коллектор межмодульных магистралей горючего и общий коллектор межмодульных магистралей окислителя.
Общий коллектор межмодульных магистралей горючего связывает топливный объем РМ 3, включающий бак горючего 17 и магистраль горючего 18, с магистралью горючего 11 ЦРМ и с входными патрубками горючего двигателей 20 и 27. Внутренние тракты горючего блоков ЖРД 20 и 27 отделены от объема коллектора горючего стартовыми пусковыми клапанами 26 и 33.
Общий коллектор межмодульных магистралей окислителя связывает топливные объемы РМ 4 и 5, включающие баки окислителя 21 и 28 и соответствующие им магистрали окислителя 22 и 29 с магистралью окислителя 8 ЦРМ и с входным патрубком окислителя блока ЖРД 13 РМ 3. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 13 отделен от объема коллектора окислителя стартовым пусковым клапаном 16.
На ТМ горючего 11 ЦРМ выше места соединения с общим коллектором межмодульных магистралей горючего может быть установлен управляемый пусковой клапан 38.
На ТМ окислителя 8 ЦРМ выше мест соединения с общим коллектором межмодульных магистралей окислителя может быть установлен управляемый пусковой клапан 47.
На РН могут быть установлены три дополнительных РМ, имеющих автономную топливную систему (РМ 48, 49 и 50 на фиг.9(а), (б)).
Семиблочная модификация РН, использующая шесть однобаковых боковых РМ (фиг.10(а), (б)), имеет в своей основе четырехблочную РН с однобаковыми боковыми РМ (фиг.7), к которой добавлены три дополнительных РМ 51, 52 и 53, выполненных однобаковыми. РМ 51 содержит горючее, модули 52 и 53 - окислитель.
Топливная система семиблочной модификации РН, использующей шесть однобаковых боковых РМ (фиг.11) имеет в своей основе топливную систему четырехблочной модификации РН, использующей три боковых однобаковых РМ (фиг.8). К ней добавлены топливные системы РМ 51, 52, 53, топливные магистрали, связывающие эти модули с четырехблочной компоновкой, а также установленные в РМ 3, 4 и 5 пусковые клапаны.
Боковой РМ 51 содержит блок ЖРД 54, ТВ 58, содержащий горючее и соединенный топливной магистралью 59 с входным патрубком горючего блока ЖРД 54. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 54 и объем ТВ 58 разделены стартовым пусковым клапаном 60.
Боковой РМ 52 содержит блок ЖРД 61, бак окислителя 62, ТМ окислителя 63, соединяющую бак 62 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 61. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 61 и объем ТВ 62 разделены стартовым пусковым клапаном 64.
Боковой РМ 53 содержит блок ЖРД 68, бак окислителя 69, ТМ окислителя 70, соединяющую бак 69 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 68. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 68 и объем ТВ 69 разделены стартовым пусковым клапаном 71.
Между ЦРМ и РМ 51 проложены:
- межмодульная магистраль горючего 75, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 76 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 77 и 78;
- межмодульная магистраль окислителя 102, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 103 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 104 и 105.
Между ЦРМ и РМ 52 проложены:
- межмодульная магистраль горючего 106, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 107 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 108 и 109;
- межмодульная магистраль окислителя 79, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 81 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 83 и 85.
Между ЦРМ и РМ 53 проложены:
- межмодульная магистраль горючего 110, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 111 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 112 и 113;
- межмодульная магистраль окислителя 80, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 82 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 84 и 86.
В РМ 3 на магистрали горючего 18 выше места соединения с межмодульной ТМ 34 установлен пусковой клапан 87.
В РМ 4 и 5 на магистралях окислителя 22 и 29 выше места соединения с межмодульными ТМ 39 и 40 установлены пусковые клапаны 88 и 89.
Межмодульные ТМ соединяются в ЦРМ, образуя общий коллектор межмодульных магистралей горючего и общий коллектор межмодульных магистралей окислителя.
Общий коллектор межмодульных магистралей горючего связывает топливные объемы РМ 3 и РМ 51, включающие баки горючего 17 и 58, соответствующие им магистрали горючего 18 и 59, с магистралью горючего 11 ЦРМ и с входными патрубками горючего двигателей 20, 27, 61 и 68. Внутренние тракты горючего блоков ЖРД 20, 27, 61 и 68 отделены от объема коллектора горючего стартовыми пусковыми клапанами 26, 33, 67, 74.
Общий коллектор межмодульных магистралей окислителя связывает топливные объемы РМ 4, 5, 52 и 53, включающие баки окислителя 21, 28, 62 и 69, соответствующие им магистрали окислителя 22, 29, 63 и 70, с магистралью окислителя 8 ЦРМ и с входными патрубками окислителя двигателей 13 и 54. Внутренние тракты окислителя блоков ЖРД 13 и 54 отделены от объема коллектора окислителя стартовыми пусковыми клапанами 16 и 57.
На магистрали горючего 11 ЦРМ выше места соединения с коллектором межмодульных магистралей горючего может быть установлен пусковой клапан 38.
На магистрали окислителя 8 ЦРМ выше мест соединения с коллектором межмодульных магистралей окислителя может быть установлен пусковой клапан 47.
Пятиблочная модификация РН, использующая четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки (фиг.12(а), (б)), отличается от семиблочной модификации РН, использующей шесть однобаковых боковых РМ (фиг.10(а), (б)), отсутствием двух боковых модулей - 5 и 53. Из оставшихся боковых модулей РМ 3 и 51 содержат горючее, РМ 4 и 52 - окислитель. Боковые РМ сгруппированы по два. Модули 3 и 4 составляют одну группу, модули 51 и 52 - другую. В каждой группе модули сопряжены боковыми сторонами друг с другом и с ЦРМ.
Топливная система пятиблочной модификации РН, использующей четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки (фиг.13), отличается от топливной системы семиблочной модификации РН, использующей шесть боковых однобаковых РМ (фиг.11), отсутствием в системе элементов двух модулей (5 и 53) и конфигурацией межмодульных ТМ. Из ТМ, проложенных между центральным и боковыми РМ, имеются магистрали окислителя 39 и 79 и магистрали горючего 34 и 75, устройство и назначение которых аналогично соответствующим ТМ в семиблочной модификации РН с шестью однобаковыми боковыми РМ (фиг.11). Кроме того, между модулями 3 и 4 проложены:
- межмодульная магистраль горючего 114, имеющая в межмодульном пространстве разъем 115;
- межмодульная магистраль окислителя 116, имеющая в межмодульном пространстве разъем 117;
а между модулями 51 и 52:
- межмодульная магистраль горючего 118, имеющая в межмодульном пространстве разъем 119;
- межмодульная магистраль окислителя 120, имеющая в межмодульном пространстве разъем 121.
Межмодульная магистраль горючего 114 связывает топливный объем РМ 3, включающий бак горючего 17 и магистраль горючего 18, с входным патрубком блока двигателей 20. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 20 отделен от объема горючего стартовым пусковым клапаном 26.
Межмодульная магистраль горючего 118 связывает топливный объем РМ 51, включающий бак горючего 58 и магистраль горючего 59, с входным патрубком блока двигателей 61. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 61 отделен от объема горючего стартовым пусковым клапаном 67.
Межмодульная магистраль окислителя 116 связывает топливный объем РМ 4, включающий бак горючего 21 и магистраль горючего 22, с входным патрубком блока двигателей 13 РМ 3. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 13 отделен от объема горючего стартовым пусковым клапаном 16.
Межмодульная магистраль окислителя 120 связывает топливный объем РМ 52, включающий бак горючего 62 и магистраль горючего 63, с входным патрубком блока двигателей 54 РМ 51. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 54 отделен от объема горючего стартовым пусковым клапаном 57.
На ТМ горючего 11 ЦРМ выше места соединения с общим коллектором горючего устанавливается управляемый пусковой клапан 38.
На ТМ окислителя 8 ЦРМ выше мест соединения с общим коллектором окислителя устанавливается управляемый пусковой клапан 47.
Пусковые клапаны на собственных топливных магистралях боковых РМ отсутствуют.
Пятиблочная модификация РН, использующая два однобаковых и два двухбаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки (фиг.14(а), (б)), отличается от пятиблочной модификации РН, использующей четыре однобаковых боковых РМ (фиг.12(а), (б)), тем, что РМ 3 и 51 содержат дополнительные баки окислителя.
Топливная система модификации РН, использующей два однобаковых и два двухбаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки (фиг.15), отличается от топливной системы модификации РН, использующей четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки (фиг.13) следующим.
В РМ 3 сверху над баком горючего 17 установлен бак окислителя 14, который соединен с баком окислителя 21 в РМ 4 межмодульной ТМ 122, на которой установлен разъем 123.
В РМ 51 сверху над баком горючего 58 установлен бак окислителя 55, который соединен с баком окислителя 62 в РМ 52 межмодульной ТМ 124, на которой установлен разъем 125.
Семиблочная модификация РН, использующая шесть однобаковых боковых РМ, которые объединены в две группы из трех модулей, содержащие связки из двух модулей (фиг.10(а), (б)), отличается от пятиблочной модификации РН, использующей четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки (фиг.12(а), (б)), двумя дополнительными однобаковыми модулями 5 и 53, содержащими окислитель.
Топливная система семиблочной модификации РН, использующей шесть однобаковых боковых РМ, которые объединены в две группы из трех модулей, содержащие связки из двух модулей (фиг.16), отличается от топливной системы пятиблочной модификации РН, использующей четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки (фиг.13), следующим.
Дополнительный боковой РМ 5 содержит блок ЖРД 27, бак окислителя 28, ТМ окислителя 29, соединяющую бак 28 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 27. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 27 и объем ТБ 28 разделены стартовым пусковым клапаном 30.
Дополнительный боковой РМ 53 содержит блок ЖРД 68, бак окислителя 69, ТМ окислителя 70, соединяющую бак 69 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 68. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 68 и объем ТБ 69 разделены стартовым пусковым клапаном 71.
Между модулями 4 и 5 проложены:
- магистраль горючего 126, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 127, с обеих сторон от него - отсечные клапаны 128 и 129, и соединяющая входной патрубок горючего блока ЖРД 27 в РМ 5 с коллектором межмодульных магистралей горючего;
- магистраль окислителя 130, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 131, с обеих сторон от него - отсечные клапаны 132 и 133, и соединяющая ТМ 29 в РМ 5 с коллектором межмодульных магистралей окислителя.
Между модулями 52 и 53 проложены:
- магистраль горючего 134, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 135, с обеих сторон от него - отсечные клапаны 136 и 137, и соединяющая входной патрубок горючего блока ЖРД 68 в РМ 53 с коллектором межмодульных магистралей горючего;
- магистраль окислителя 138, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 139, с обеих сторон от него - отсечные клапаны 140 и 141, и соединяющая ТМ 70 в РМ 53 с коллектором межмодульных магистралей окислителя.
В РМ 4 на магистрали окислителя 22 выше места соединения с коллектором межмодульных магистралей окислителя установлен пусковой клапан 88.
В РМ 52 на магистрали окислителя 63 выше места соединения с коллектором межмодульных магистралей окислителя установлен пусковой клапан 142.
Семиблочная модификация РН, использующая четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки, и два двухбаковых боковых РМ (фиг.17(а), (б)), отличается от пятиблочной модификации РН, использующей четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки (фиг.12(а), (б)), тем, что на ней установлены два дополнительных двухбаковых модуля 5 и 53.
Топливная система модификации РН, использующей четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки, и два двухбаковых боковых РМ (фиг.18), отличается от топливной системы пятиблочной модификации РН, использующей четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки (фиг.13), следующим.
Боковой РМ 5 содержит блок ЖРД 27, бак окислителя 28, ТМ окислителя 29, соединяющую бак 28 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 27. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 27 и объем ТБ 28 разделены стартовым пусковым клапаном 30. Кроме того, РМ 5 содержит бак горючего 31, ТМ горючего 32, соединяющую бак 31 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 27. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 27 и объем ТБ 31 разделены стартовым пусковым клапаном 33.
Боковой РМ 53 содержит блок ЖРД 68, бак окислителя 69, ТМ окислителя 70, соединяющую бак 69 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 68. Внутренний тракт окислителя блока ЖРД 68 и объем ТБ 69 разделены стартовым пусковым клапаном 71. Кроме того, РМ 53 содержит бак горючего 72, ТМ горючего 73, соединяющую бак 72 с входным патрубком окислителя блока ЖРД 68. Внутренний тракт горючего блока ЖРД 68 и объем ТБ 72 разделены стартовым пусковым клапаном 74.
Межмодульная магистраль окислителя 39, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 41 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 43 и 45, проложена между РМ 5 и связкой РМ 3, 4.
Межмодульная магистраль горючего 34, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 35 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 36 и 37, проложена между РМ 53 и связкой РМ 3, 4.
Межмодульная магистраль окислителя 79, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 81 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 83 и 85, проложена между РМ 53 и связкой РМ 51, 52.
Межмодульная магистраль горючего 75, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 76 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 77 и 78, проложена между РМ 5 и связкой РМ 51, 52.
Межмодульная магистраль окислителя 40, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 42 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 44 и 46, соединяет ТМ 8 ЦРМ с ТМ 29 РМ 5;
Межмодульная магистраль горючего 98, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 99 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 100 и 101, соединяет ТМ 11 ЦРМ с ТМ 32 РМ 5.
В РМ 5 на магистрали окислителя 29 выше места соединения с межмодульными ТМ 39 и 40 установлен пусковой клапан 143; на магистрали горючего 32 выше места соединения с межмодульными ТМ 75 и 98 установлен пусковой клапан 144.
Межмодульная магистраль окислителя 80, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 82 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 84 и 86, соединяет ТМ 8 ЦРМ с ТМ 70 РМ 53;
Межмодульная магистраль горючего 110, имеющая в межмодульном пространстве отрывной гидроразъем 111 и с обеих сторон от него - отсечные клапаны 112 и 113, соединяет ТМ 11 ЦРМ с ТМ 73 РМ 53.
В РМ 53 на магистрали окислителя 70 выше места соединения с межмодульными ТМ 79 и 80 установлен пусковой клапан 145; на магистрали горючего 73 выше места соединения с межмодульными ТМ 34 и 110 установлен пусковой клапан 146.
На ТМ горючего 11 ЦРМ выше мест соединения с межмодульными ТМ 98 и 110 установлен управляемый пусковой клапан 38.
На ТМ окислителя 8 ЦРМ выше мест соединения с межмодульными ТМ 40 и 80 установлен управляемый пусковой клапан 47.
Работа РН начинается с заправочных операций, во время которых компонентами топлива заполняются топливные баки модулей, их собственные и межмодульные топливные магистрали. Проливами через дренажные отверстия из магистралей удаляются все парогазовые включения.
Работа четырехблочной модификации варианта РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в трех боковых двухбаковых РМ и одинаковым расположением топливных баков во всех РМ поясняется ниже с использованием фиг.2.
Во время заправки стартовые пусковые клапаны 9, 12, 16, 19, 23, 26, 30 и 33 закрыты. Их открытие соответствует началу запуска двигателей.
Во время проведения предстартовых операций и на начальном участке полета клапаны горючего 36 и 37, клапаны окислителя 43, 44, 45, 46 открыты, клапаны 38 и 47 на собственных магистралях ЦРМ закрыты.
На начальном участке полета избыток компонентов топлива, размещенный в ускорителях 3, 4, и 5 переливается в ЦРМ 2 по межмодульным магистралям 34, 39, 40, где используется в ЖРД 6. В это время значительного расхода топлива из баков ЦРМ нет. Но возможен незначительный расход для компенсации внешнего воздействия на топливо в трубопроводах с целью избежать потери его кондиционности. В этом случае пусковые клапаны 38 и 47 в закрытом положении должны иметь соответствующую пропускную способность. Это же свойство могут иметь все пусковые клапаны на всех модификациях РН.
В моменты времени, определяемые системой измерения носителя и соответствующие исчерпанию избытка соответствующего компонента топлива в каждом ускорителе, по команде системы управления межмодульные ТМ 34, 39 и 40 перекрываются и перелив топлива прекращается.
Перекрытие межмодульной магистрали горючего 34 происходит при срабатывании одного из клапанов 36 или 37, синхронизированного с открытием клапана 38 на собственной магистрали горючего 11 ЦРМ, вследствие чего блок ЖРД последнего переходит на горючее из баков собственного модуля.
Перекрытие межмодульных магистралей окислителя 39 и 40 происходит при срабатывании на каждой из них одного из клапанов 43 или 45, 44 или 46. Синхронно с перекрытием последней из межмодульных магистралей окислителя 39 и 40 полностью открывается клапан 47 на собственной магистрали окислителя 8 ЦРМ и ЖРД последнего окончательно переходит на окислитель из баков собственного модуля.
К моменту отделения боковых РМ все отсечные клапаны на межмодульных магистралях 34, 39 и 40 перекрыты. После выработки запасов топлива до технологического остатка, боковые РМ отделяются. Разъединение разъемов 35, 41 и 42 происходит в промежутке времени между закрытием отсечных клапанов, установленных на соответствующих им межмодульных ТМ, и отделением модулей.
Клапан 47 может быть трехпозиционным и частично открываться синхронно с перекрытием первой из межмодульных магистралей окислителя 39 и 40.
Дальнейший полет ЦРМ проходит автономно. После исчерпания запасов топлива в баках ЦРМ или в момент достижения требуемой скорости его двигатели останавливаются и задача полета считается выполненной.
По сравнению с прототипом РН приведенной схемы обладает следующими преимуществами. Количество межмодульных топливных магистралей и связанных с ними элементов уменьшено вдвое - с 6 до 3, что положительно сказывается на надежности носителя. Упрощение конструкции создает предпосылки для снижения стоимости изготовления блоков РН и эксплуатационных расходов. За счет сокращения межмодульных ТМ уменьшается и сухая масса РМ, в особенности - центрального, что повышает грузоподъемность РН.
В четырехблочной модификации РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в трех боковых двухбаковых РМ и верхним расположением бака горючего, содержащего дополнительное количество компонента, топливные баки 14 и 17 в РМ 3 имеют обратное расположение относительно баков ЦРМ. Схема полета модификаций с прямым и обратным расположением топливных баков одинакова. Работа топливной системы (фиг.3) такой модификации аналогична представленной на фиг.2 за исключением следующего. На начальном участке полета избыток горючего из бака 17 самотеком переливается в бак 10 по межмодульной ТМ 34, где смешивается с горючим, имеющимся в баке. Двигатели 6 ЦРМ получают горючее из бака 10 по магистрали 11. Перепад давления жидкостного столба, вызванный разностью уровней жидкости в системе баков 17 и 10, позволяет обойтись без системы регулирования процесса перелива, ограничив количество переливаемой жидкости временем отсечки ТМ 34 с помощью клапанов 36 или 37.
Преимущество схемы с обратным расположением баков в модуле 3 (фиг.3) перед схемой с их прямым расположением (фиг.2) - в отсутствии пускового клапана на ТМ 11 ЦРМ.
Две приведенные схемы удобно применить к РН, использующей двигатели "закрытой" схемы, работающие на кислородно-керосиновом топливе, для которого объемное соотношение используемых компонентов близко к 2:1. Тогда все три боковых РМ будут иметь одинаковую длину между собой и с модулями прототипа.
Приведенные выше модификации могут быть дооборудованы тремя автономными РМ (фиг.4(а), (б)). Дополнительные РМ не повлияют на порядок работы топливной системы основной компоновки. Если общая вместимость всех боковых блоков одинакова, тогда в первом разделении будут участвовать три РМ, задействованных в переливе компонентов, во втором - три автономных РМ. Таким образом повышается ступенчатость РН, что благоприятно сказывается на ее эффективности.
Установка трех дополнительных автономных РМ значительно повышает грузоподъемность РН, при этом не усложняется система перелива компонентов и не ухудшается симметрия компоновки.
Работа семиблочной модификации РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в шести боковых двухбаковых РМ (фиг.5, 6), осуществляется следующим образом.
Во время заправки стартовые пусковые клапаны 9, 12, 16, 19, 23, 26, 30, 33, 57, 60, 64, 67, 71, 74 закрыты. Их открытие соответствует началу запуска двигателей.
Во время проведения предстартовых операций и на начальном участке полета клапаны горючего 36, 37, 77, 78, клапаны окислителя 43, 44, 45, 46, 83, 84, 85, 86 открыты, клапаны 38 и 47 на собственных магистралях ЦРМ, а также клапан 87 на собственной магистрали горючего 18 РМ 3 и клапаны 88 и 89 на собственных магистралях окислителя 22 РМ 4 и 29 РМ 5 закрыты.
На начальном участке полета избыток горючего, размещенный в РМ 51, переливается в ЦРМ по межмодульной магистрали 75, где используется в блоке ЖРД 6, и далее - в ускоритель 3 по межмодульной магистрали 34, где используется в блоке ЖРД 13. Одновременно избыток окислителя, размещенный в ускорителях 52 и 53 переливается в ЦРМ по межмодульным магистралям 79 и 80, где используется в блоке ЖРД 6, и далее - в ускорители 4 и 5 по межмодульным магистралям 39 и 40. В это время топливо из баков ЦРМ, горючее из бака 17 РМ 3, окислитель из баков 21 и 28 РМ 4 и 5 не используются или используются в незначительных количествах. В моменты времени, определяемые системой измерения носителя и соответствующие исчерпанию избытка соответствующего компонента топлива в каждом ускорителе, по команде системы управления магистрали 75, 79 и 80 перекрываются и перелив топлива через них прекращается.
Синхронно с перекрытием межмодульной магистрали горючего 75 открывается клапан 87 на собственной магистрали горючего 18 РМ 3, и горючее из бака 17 начинает поступать в блок ЖРД 13 и передаваться в ЦРМ по межмодульной магистрали 34 для использования в блоке ЖРД 6. Синхронно с перекрытием последней из межмодульных магистралей окислителя 79 и 80 полностью открываются клапаны 88 и 89 на собственных магистралях окислителя 22 и 29 РМ 4 и 5, и окислитель из баков 21 и 28 начинает поступать в блоки ЖРД 20 и 27, а также передаваться в ЦРМ по межмодульным магистралям 39 и 40 для использования в блоке ЖРД 6. К моменту отделения боковых РМ 51, 52 и 53 отсечные клапаны 77, 78, 83, 84, 85 и 86, расположенные на межмодульных магистралях 75, 79 и 80 закрыты. После исчерпания запасов топлива в ускорителях 51, 52 и 53 до технологического остатка эти боковые РМ отделяются. Разъединение разъемов 76, 81 и 82 происходит в промежутке времени между закрытием управляемых отсечных клапанов, установленных на соответствующих им межмодульных ТМ, и отделением блоков.
Дальнейшая работа РН в точности соответствует работе четырехблочной модификации РН с покомпонентным размещением всего переливаемого топлива в трех боковых двухбаковых РМ и верхним расположением бака горючего, содержащего дополнительное количество компонента (фиг.1, 2).
По сравнению с прототипом РН приведенной схемы обладает следующими преимуществами. Количество межмодульных топливных магистралей и связанных с ними элементов уменьшено вдвое - с 12 до 6, что положительно сказывается на надежности носителя, а 3 пусковых клапана, установленные на боковых РМ, позволяют реализовать трехступенчатую схему выведения, что увеличивает массу выводимого груза. Упрощение конструкции создает предпосылки для снижения стоимости изготовления блоков РН и эксплуатационных расходов. За счет сокращения межмодульных ТМ уменьшается и сухая масса РМ, в особенности - центрального, что повышает грузоподъемность РН.
Приведенную схему удобнее применить к РН, использующей двигатели закрытой" схемы, работающие на кислородно-керосиновом топливе, для которого объемное соотношение используемых компонентов близко к 2:1. Тогда все три боковых РМ будут иметь одинаковую длину между собой и с модулями прототипа.
Четырехблочная модификация РН, использующая три однобаковых боковых РМ (фиг.7, 8), работает следующим образом.
Во время заправки достартовые пусковые клапаны 9, 12, 16, 19, 23, 26, 30 и 33 закрыты. Их открытие соответствует началу запуска двигателей.
Во время проведения предстартовых операций и на начальном участке полета клапаны горючего 36, 37, 96, 97, 100 и 101, клапаны окислителя 43, 44, 45, 46, 92 и 93 открыты, клапаны 38 и 47 на собственных магистралях ЦРМ закрыты.
На начальном участке полета часть компонента топлива, размещенная в РМ 3, 4 и 5, используется в собственных ЖРД модулей, другая часть поступает в общий коллектор соответствующего компонента. Из общего коллектора магистралей окислителя топливо подается в собственную магистраль окислителя 8 ЦРМ и в РМ 3 на входной патрубок окислителя блока ЖРД 13 по межмодульной ТМ 90. Из общего коллектора магистралей горючего топливо подается в собственную магистраль горючего 11 ЦРМ и в модули 4 и 5 на входные патрубки горючего блоков ЖРД 20 и 27 по межмодульным ТМ 94 и 98.
При достижении определенной величины остатка горючего в баке РМ 3 межмодульная ТМ 34 перекрывается и подача горючего из РМ 3 в общий коллектор межмодульных магистралей горючего прекращается. Синхронно с этим действием открывается клапан 38, и горючее из бака 10 ЦРМ начинает подаваться в собственный блок двигателей 6 ЦРМ и в РМ 4 и 5.
При достижении определенной величины остатка окислителя в баках модулей 4 и 5 межмодульные магистрали 39 и 40 перекрываются и подача окислителя из модулей 4 и 5 в общий коллектор межмодульных магистралей окислителя прекращается. Синхронно с этими действиями открывается клапан 47, и окислитель из бака 7 ЦРМ начинает подаваться в собственный блок двигателей 6 ЦРМ и в РМ 3.
После исчерпания топлива в баках боковых РМ до технологического остатка одновременно перекрываются межмодульные топливные магистрали 90, 94 и 98. К моменту отделения боковых РМ 3, 4 и 5 отсечные клапаны 36, 37, 43, 44, 45, 46, 92, 93, 96, 97, 100 и 101, расположенные на межмодульных магистралях 34, 39, 40, 90, 94 и 98 закрыты. Перекрытие межмодульных ТМ сопровождается остановкой двигателей боковых РМ, после чего гидроразъемы 35, 41, 42, 91, 95 и 99 размыкаются и РМ 3, 4 и 5 отделяются от ЦРМ.
Дальнейший полет ЦРМ проходит автономно. После исчерпания запасов топлива в баках ЦРМ или достижения требуемой скорости его двигатели останавливаются и задача полета считается выполненной.
По сравнению с прототипом РН приведенной схемы обладает следующими преимуществами. В боковых РМ вдвое уменьшено количество баков и связанных с ними систем, всего в носителе четыре РМ содержат пять топливных баков. В результате уменьшена трудоемкость изготовления боковых модулей и их сухая масса, в основном, за счет отсутствия межбакового отсека, одного верхнего и одного нижнего днищ, внутрибакового трубопровода. Отсутствие межбакового отсека приводит к некоторому уменьшению длины РМ. Отсутствие внутрибакового топливопровода упрощает технологию производства и подготовки РМ, а для многоразовых блоков - и технологию послеполетного обслуживания, а также снимает задачу его сопротивления поперечным нагрузкам на участке возвращения.
Приведенную схему удобнее применить к РН на кислородно-керосиновом топливе, использующей двигатели "закрытой" схемы, для которых объемное соотношение используемых компонентов близко к 2:1. Тогда все три боковых РМ будут иметь одинаковую длину и высокую степень унификации, а дополнительные элементы, обеспечивающие их спасение с целью повторного использования, у горюче- и окислительсодержащих модулей не будут отличаться.
Четырехблочная модификация РН, использующая три однобаковых боковых РМ, может быть дооборудована тремя автономными РМ (фиг.9(а), (б)). Дополнительные РМ не повлияют на порядок работы топливной системы основной компоновки. Если общая вместимость всех боковых блоков одинакова, тогда в первом разделении будут участвовать три однобаковых РМ, во втором - три автономных РМ. Таким образом повышается ступенчатость РН, что благоприятно сказывается на ее эффективности.
Установка трех дополнительных автономных РМ значительно повышает грузоподъемность РН, при этом не усложняется система перелива компонентов и не ухудшается симметрия компоновки.
Трехступенчатая семиблочная модификация РН, использующая шесть однобаковых боковых РМ (фиг.10, 11), работает следующим образом.
Во время заправки стартовые пусковые клапаны 9, 12, 16, 19, 23, 26, 30, 33, 57, 60, 64, 67, 71 и 74 закрыты. Их открытие соответствует началу запуска двигателей.
Во время проведения предстартовых операций и на начальном участке полета клапаны горючего 36, 37, 77, 78, 96, 97, 100, 101, 108, 109, 112 и 113, клапаны окислителя 43, 44, 45, 46, 83, 84, 85, 86, 92, 93, 104 и 105 открыты, клапаны 38 и 47 на собственных магистралях ЦРМ закрыты.
Полет РН проходит в три ступени. На участке работы первой ступени клапаны 87, 88 и 89 закрыты, топливо из блоков 3, 4 и 5 не используется или поддерживается его минимальный технологический расход. Часть компонентов топлива, размещенных в РМ 51, 52 и 53, используется в собственных ЖРД модулей, другая часть поступает в общий коллектор соответствующего компонента. Из общего коллектора магистралей окислителя топливо подается в собственную магистраль окислителя 8 ЦРМ, а также в РМ 3 и 51 на входные патрубки окислителя блоков ЖРД 13 и 54 по межмодульным ТМ 90 и 102. Из общего коллектора магистралей горючего топливо подается в собственную магистраль горючего ЦРМ, а также в модули 4, 5, 52 и 53 на входные патрубки горючего блоков ЖРД 20, 27, 61 и 68 по межмодульным ТМ 94, 98, 106 и 110.
При достижении определенной величины остатка горючего в баке РМ 51, определяемого системой измерения РН, межмодульная ТМ 75 перекрывается и подача горючего из РМ 51 в общий коллектор межмодульных магистралей горючего прекращается. Синхронно с этим действием открывается клапан 87, и горючее из бака 17 РМ 3 начинает подаваться в общий коллектор межмодульных магистралей горючего.
При достижении определенной величины остатка окислителя в баках модулей 52 и 53 межмодульные магистрали 79 и 80 перекрываются и подача окислителя из модулей 52 и 53 в общий коллектор межмодульных магистралей окислителя прекращается. Синхронно с этими действиями открываются клапаны 88 и 89, в результате чего окислитель из баков 21 и 28 начинает подаваться в общий коллектор межмодульных магистралей окислителя.
После исчерпания топлива в баках боковых РМ 51, 52 и 53 до технологического остатка одновременно перекрываются межмодульные топливные магистрали 102, 106 и 110. К моменту отделения боковых РМ 51, 52 и 53 отсечные клапаны 77, 78, 83, 84, 85, 86, 104, 105, 108, 109, 112 и 113, расположенные на межмодульных магистралях 75, 79, 80, 102, 106 и 110 закрыты. Перекрытие межмодульных ТМ 102, 106 и 110 сопровождается остановкой двигателей боковых РМ 51, 52 и 53, после чего гидроразъемы 76, 81, 82, 103, 107 и 111 размыкаются и РМ 51, 52 и 53 отделяются от основной компоновки РН.
В дальнейшем РН работает как четырехблочная модификация РН, использующая три однобаковых боковых РМ.
По сравнению с прототипом РН приведенной схемы обладает следующими преимуществами. В боковых РМ вдвое уменьшено количество баков и связанных с ними систем, всего в носителе семь РМ содержат восемь топливных баков. В результате уменьшена трудоемкость изготовления модулей и их сухая масса, в основном, за счет отсутствия межбакового отсека, одного верхнего и одного нижнего днищ, внутрибакового трубопровода.
Отсутствие межбакового отсека приводит к некоторому уменьшению длины РМ. Отсутствие внутрибакового топливопровода упрощает технологию производства и подготовки РМ, а для многоразовых блоков - и технологию послеполетного обслуживания, а также снимает задачу его сопротивления поперечным нагрузкам на участке возвращения.
Приведенную схему удобнее применить к РН на кислородно-керосиновом топливе, использующей двигатели "закрытой" схемы, для которых объемное соотношение используемых компонентов близко к 2:1. Тогда все шесть боковых РМ будут иметь одинаковую длину и высокую степень унификации, а дополнительные элементы, обеспечивающие их спасение с целью повторного использования у горюче- и окислительсодержащих модулей будут одинаковы для каждой группы одновременно отделяемых модулей.
Пятиблочная модификация РН, использующая четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки (фиг.12, 13), работает следующим образом.
Во время заправки стартовые пусковые клапаны 9, 12, 16, 19, 23, 26, 57, 60, 64 и 67 закрыты. Их открытие соответствует началу запуска двигателей.
Во время проведения предстартовых операций и на начальном участке полета клапаны горючего 36, 37, 77 и 78, клапаны окислителя 43, 45, 83 и 85 открыты, клапаны 38 и 47 на собственных магистралях ЦРМ закрыты.
На начальном участке работы РН часть компонентов топлива, размещенных в РМ 3, 4, 51 и 52, используется в собственных ЖРД модулей, другая часть поступает в общий коллектор соответствующего компонента. Из общего коллектора магистралей окислителя топливо подается в собственную магистраль окислителя ЦРМ, а также в РМ 3 и 51 на входные патрубки окислителя блоков ЖРД 13 и 54 по межмодульным ТМ 116 и 120. Из общего коллектора магистралей горючего топливо подается в собственную магистраль горючего 11 ЦРМ, а также в модули 4 и 52 на входные патрубки горючего блоков ЖРД 20 и 61 по межмодульным ТМ 114 и 118.
При достижении определенной величины остатка горючего в баках 17 и 58 модулей 3 и 51 межмодульные магистрали 34 и 75 перекрываются и подача горючего из модулей 3 и 51 в ЦРМ прекращается. Синхронно с этими действиями открывается клапан 38 и горючее из бака 10 ЦРМ начинает подаваться в блок ЖРД 6 ЦРМ.
При достижении определенной величины остатка окислителя в баках 21 и 62 модулей 4 и 52 межмодульные магистрали 39 и 79 перекрываются и подача окислителя из модулей 4 и 52 в ЦРМ прекращается. Синхронно с этими действиями открывается клапан 47 и окислитель из бака 7 ЦРМ начинает подаваться в блок ЖРД 6 ЦРМ.
До момента выработки топлива в баках боковых РМ клапаны 36, 37, 43, 45, 77, 78, 83, 85 закрываются, после чего гидроразъемы 35, 41, 76, 81 разъединяются.
После исчерпания топлива в баках боковых РМ до технологического остатка связки блоков 3 и 4, 51 и 52 отделяются от основной компоновки РН.
Дальнейший полет ЦРМ проходит автономно. После выработки топлива в баках ЦРМ или достижения требуемой скорости его ДУ останавливается, и задача полета РН считается выполненной.
По сравнению с прототипом РН приведенной схемы обладает следующими преимуществами. В боковых РМ вдвое уменьшено количество баков и связанных с ними систем, всего в носителе пять РМ содержат шесть топливных баков. Кроме того, количество отрывных гидроразъемов уменьшено на четыре, а отсечных клапанов - на восемь единиц. В результате уменьшена трудоемкость изготовления модулей и их сухая масса, в основном, за счет отсутствия межбакового отсека, одного верхнего и одного нижнего днищ, внутрибакового трубопровода; повышена надежность процесса разделения ступеней. Отсутствие межбакового отсека приводит к некоторому уменьшению длины РМ. Отсутствие внутрибакового топливопровода упрощает технологию производства и подготовки РМ, а для многоразовых блоков - и технологию послеполетного обслуживания, а также снимает задачу его сопротивления поперечным нагрузкам на участке возвращения.
Несмотря на то, что общее количество межмодульных магистралей не уменьшилось, часть из них перераспределилась на боковые модули. В результате количество межмодульных ТМ, проходящих через ЦРМ, уменьшилось с восьми до четырех. Такое отличие означает перераспределение части сухой массы с центрального на боковые РМ и, как следствие, - повышение массы выводимого полезного груза.
Приведенную схему удобнее применить к РН на топливе, объемное соотношение компонентов которого близко к 1:1. Тогда все четыре боковых РМ будут иметь близкую длину при высокой степени унификации.
Пятиблочная модификация РН, использующая два однобаковых и два двухбаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки (фиг.14, 15), работает аналогично пятиблочной модификация варианта РН, использующего четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки. Особенностью работы РН является согласованное опорожнение баков окислителя в каждой связке. Это достигается синхронной работой систем наддува баков или использованием общей системы наддува баков окислителя в каждой связке боковых РМ.
По сравнению с прототипом РН приведенной схемы обладает следующими преимуществами. В боковых РМ уменьшено количество баков и связанных с ними систем. Всего в носителе пять РМ содержат восемь топливных баков, для которых необходимы шесть связанных с их работой систем, так как баки окислителя в связке могут обслуживаться едиными системами. Кроме того, количество отрывных гидроразъемов уменьшено на четыре, а отсечных клапанов - на восемь единиц. В результате уменьшена трудоемкость изготовления модулей и их сухая масса, в основном, за счет отсутствия в двух из них межбакового отсека, одного верхнего и одного нижнего днищ, и в четырех - внутрибакового трубопровода; повышена надежность процесса разделения ступеней. Отсутствие внутрибакового топливопровода упрощает технологию производства и подготовки РМ, а для многоразовых блоков - и технологию послеполетного обслуживания, а также снимает задачу его сопротивления поперечным нагрузкам на участке возвращения.
Несмотря на то, что общее количество межмодульных магистралей увеличилось на две, значительная часть из них перераспределилась на боковые модули. В результате количество межмодульных ТМ, проходящих через ЦРМ, уменьшилось с восьми до четырех. Такое отличие означает перераспределение части сухой массы с центрального на боковые РМ и, как следствие, - повышение массы выводимого полезного груза.
Приведенную схему удобнее применить к РН, объемное соотношение компонентов топлива которой значительно отличается от 1 в сторону большего объема окислителя. Установка дополнительных баков с окислителем в модули, содержащие баки с горючим, дает возможность выровнять длину боковых РМ.
Семиблочная модификация РН, использующая шесть однобаковых боковых РМ, которые объединены в две группы из трех модулей, содержащие связки из двух модулей (фиг.10, 16), работает следующим образом.
Во время заправки стартовые пусковые клапаны 9, 12, 16, 19, 23, 26, 30, 33, 57, 60, 64, 67, 71 и 74 закрыты. Их открытие соответствует началу запуска двигателей.
Во время проведения предстартовых операций и на начальном участке полета клапаны горючего 36, 37, 77, 78, 128, 129, 136 и 137, клапаны окислителя 43, 45, 83, 85, 132, 133, 140 и 141 открыты, клапаны 38 и 47 на собственных магистралях ЦРМ закрыты.
На участке работы первой ступени клапаны 88 и 142 закрыты, окислитель из блоков 4 и 52 не используется или используется в незначительных количествах. Часть компонентов топлива, размещенных в РМ 3, 5, 51 и 53, используется в собственных ЖРД модулей, другая часть поступает в общий коллектор соответствующего компонента. Из общего коллектора магистралей окислителя топливо подается в собственную магистраль окислителя 8 ЦРМ, в собственные магистрали окислителя 22 и 63 РМ 4 и 52, а также в РМ 3 и 51 на входные патрубки окислителя блоков ЖРД 13 и 54 по межмодульным ТМ 116 и 120. Из общего коллектора магистралей горючего топливо подается в собственную магистраль горючего 11 ЦРМ, а также в модули 4, 5, 52 и 53 на входные патрубки горючего блоков ЖРД 20, 27, 61 и 68 по межмодульным ТМ 114, 118, 126 и 134.
При достижении определенной величины остатка окислителя в баках модулей 5 и 53 межмодульные магистрали 130 и 138 перекрываются и подача окислителя из модулей 5 и 53 в общий коллектор межмодульных магистралей окислителя прекращается. Синхронно с этими действиями открываются клапаны 88 и 142, в результате чего окислитель из баков 21 и 62 начинает подаваться в общий коллектор межмодульных магистралей окислителя.
К моменту выработки топлива в баках боковых РМ 5 и 53 клапаны 132, 133, 140 и 141 закрыты, гидроразъемы 131 и 139 разъединены.
После исчерпания топлива в баках боковых РМ 5 и 53 до технологического остатка клапаны 128, 129, 136 и 137 закрываются, разъемы 127 и 135 расстыковываются, и эти модули отделяются от основной компоновки РН.
Дальнейшая работа компоновки РН не отличается от работы пятиблочной модификации варианта РН, использующего четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки (фиг.12, 13).
По сравнению с прототипом РН приведенной схемы обладает следующими преимуществами. В боковых РМ вдвое уменьшено количество баков и связанных с ними систем, всего в носителе семь РМ содержат восемь топливных баков. Кроме того, количество отрывных гидроразъемов уменьшено на четыре, а отсечных клапанов - на восемь единиц. В результате уменьшена трудоемкость изготовления модулей и их сухая масса, в основном, за счет отсутствия межбакового отсека, одного верхнего и одного нижнего днищ, внутрибакового трубопровода; повышена надежность процесса разделения ступеней. Отсутствие межбакового отсека приводит к некоторому уменьшению длины РМ. Отсутствие внутрибакового топливопровода упрощает технологию производства и подготовки РМ, а для многоразовых блоков - и технологию послеполетного обслуживания, а также снимает задачу его сопротивления поперечным нагрузкам на участке возвращения.
Несмотря на то, что общее количество межмодульных магистралей не уменьшилось, часть из них перераспределилась на боковые модули. В результате количество межмодульных ТМ, проходящих через ЦРМ, уменьшилось с двенадцати до четырех. Такое отличие означает перераспределение части сухой массы с центрального на боковые РМ и, как следствие, - повышение массы выводимого полезного груза.
Приведенную схему удобнее применить к РН на кислородно-керосиновом топливе, использующей двигатели "закрытой" схемы, для которых объемное соотношение используемых компонентов близко к 2:1. Тогда все шесть боковых РМ будут иметь одинаковую длину и высокую степень унификации, а дополнительные элементы, обеспечивающие их спасение с целью повторного использования у горюче- и окислительсодержащих модулей будут одинаковы для каждой группы одновременно отделяемых модулей.
Семиблочная модификация РН, использующая четыре однобаковых боковых РМ, которые попарно объединены в связки, и два двухбаковых боковых РМ (фиг.17, 18), работает следующим образом.
Во время заправки стартовые пусковые клапаны 9, 12, 16, 19, 23, 26, 30, 33, 57, 60, 64, 67, 71, и 74 закрыты. Их открытие соответствует началу запуска двигателей.
Во время проведения предстартовых операций и на начальном участке полета клапаны горючего 36, 37, 77, 78, 100, 101, 112 и 113, клапаны окислителя 43, 45, 83, 85, 44, 46, 84 и 86 открыты, клапаны 38 и 47 на собственных магистралях ЦРМ закрыты.
На участке работы первой ступени клапаны 143, 144, 145 и 146 закрыты, топливо из ЦРМ, РМ 5 и 53 не используется. Часть компонента топлива, размещенных в РМ 3, 4, 51 и 52, используется в собственных ЖРД модулей, другая часть поступает в общий коллектор соответствующего компонента. Из общего коллектора магистралей окислителя топливо подается в собственную магистраль окислителя 8 ЦРМ, в собственные магистрали окислителя 29 и 70 РМ 5 и 53, а также в РМ 3 и 51 на входные патрубки окислителя блоков ЖРД 13 и 54 по межмодульным ТМ 116 и 120. Из общего коллектора магистралей горючего топливо подается в собственную магистраль горючего 11 ЦРМ, в собственные магистрали горючего 32 и 73 РМ 5 и 53, а также в РМ 4 и 52 на входные патрубки горючего блоков ЖРД 20 и 61 по межмодульным ТМ 114 и 118.
При достижении определенной величины остатка окислителя в баках модулей 4 и 52 межмодульные магистрали 39 и 79 перекрываются и подача окислителя из указанных модулей в общий коллектор межмодульных магистралей окислителя прекращается. Синхронно с этими действиями открываются клапаны 143 и 145, в результате чего окислитель из баков 28 и 69 начинает подаваться в общий коллектор межмодульных магистралей окислителя.
При достижении определенной величины остатка горючего в баках модулей 3 и 51 межмодульные магистрали 34 и 75 перекрываются и подача горючего из указанных модулей в общий коллектор межмодульных магистралей горючего прекращается. Синхронно с этими действиями открываются клапаны 144 и 146, в результате чего горючее из баков 31 и 72 начинает подаваться в общий коллектор межмодульных магистралей горючего.
К моменту расстыковки гидроразъемов отсечные клапаны 36, 37, 43, 45, 77, 78, 83, 85 закрываются. После исчерпания топлива в баках боковых РМ 3, 4, 51 и 52 отрывные гидроразъемы 35, 41, 76, 81 размыкаются и связки блоков 3 и 4, 51 и 52 синхронно отделяются от основной компоновки РН.
Дальнейший полет проходит с использованием топлива из двухбаковых боковых блоков, топливо из баков ЦРМ не используется или обеспечивается только его минимальный технологический расход. При достижении определенной величины остатка горючего в баке 31 РМ 5 межмодульная ТМ 98 перекрывается и подача горючего из РМ 5 в ЦРМ прекращается. При достижении определенной величины остатка горючего в баке 72 РМ 53 межмодульная ТМ 110 перекрывается и подача горючего из РМ 53 в ЦРМ прекращается. Синхронно с этими действиями открывается клапан 38, и горючее из бака 10 ЦРМ начинает подаваться в блок двигателей 6 ЦРМ.
При достижении определенной величины остатка окислителя в баке 28 РМ 5 межмодульная ТМ 40 перекрывается и подача окислителя из РМ 5 в ЦРМ прекращается. При достижении определенной величины остатка окислителя в баке 69 РМ 53 межмодульная ТМ 80 перекрывается и подача окислителя из РМ 53 в ЦРМ прекращается. Синхронно с этими действиями открывается клапан 47, и окислитель из бака 7 ЦРМ начинает подаваться в блок двигателей 6 ЦРМ.
К моменту выработки топлива в баках боковых РМ 5 и 53 клапаны 44, 46, 84, 86, 100, 101, 112, 113 закрыты.
После исчерпания топлива в баках боковых РМ 5 и 53 гидроразъемы 42, 99, 82, 111 разъединяются и блоки 5 и 53 отделяются от основной компоновки РН. Дальнейший полет ЦРМ проходит автономно.
После выработки топлива в баках ЦРМ или достижения требуемой скорости ДУ ЦРМ останавливается и задача полета считается выполненной.
По сравнению с прототипом РН приведенной схемы обладает следующими преимуществами. В четырех боковых РМ вдвое уменьшено количество баков и связанных с ними систем, всего в носителе семь РМ содержат десять топливных баков. Кроме того, количество отрывных гидроразъемов уменьшено на четыре, а отсечных клапанов - на восемь единиц. В результате уменьшена трудоемкость изготовления части модулей и их сухая масса, в основном, за счет отсутствия межбакового отсека, одного верхнего и одного нижнего днищ, внутрибакового трубопровода; повышена надежность процесса отделения блоков первой ступени. Отсутствие внутрибакового топливопровода упрощает технологию производства и подготовки РМ, а для многоразовых блоков - и технологию послеполетного обслуживания, а также снимает задачу его сопротивления поперечным нагрузкам на участке возвращения.
Приведенную схему целесообразно применить к РН, использующей топливо с объемным соотношением компонентов от 1.1 до 1.3 (например, жидкий кислород - жидкий метан). Тогда однобаковые блоки будут иметь разную длину, но их осесимметричное расположение вокруг ЦРМ в двух случаях сохранит аэродинамическую симметрию компоновки: когда больший или меньший однобаковый модули будут одинаковой длины с двухбаковым. Аэродинамическая несимметричность компоновки в других случаях потребует относительно небольших дополнительных энергетических затрат, в других случаях - корректировки формы обтекателей модулей первой ступени. Последнее не приведет к существенным потерям массы выводимого груза из-за ее низкой чувствительности к утяжелению конструкции первой ступени.
Предлагаемая компоновка РН может использоваться для выведения полезных грузов на круговую и низкоперигейные эллиптические орбиты, в том числе - на геопереходную. При этом не потребуется дополнительной верхней ступени, все двигатели РН будут запускаться на земле. Большой диапазон величин апогея орбит выведения может быть достигнут простым технологическим приемом: удлинением или укорочением баков однобаковых модулей.
Как следует из описания к настоящей заявке, предлагаемая РН обеспечивает во всех своих вариантах увеличение надежности, уменьшение производственных затрат и эксплуатационных расходов за счет сокращения количества элементов конструкции, деталей и узлов бортовых систем. В первом варианте уменьшено количество топливных магистралей, включая отрывные гидроразъемы и отсечные клапаны, а также соответствующих им подсистем управления и контроля. Во втором и третьем вариантах, использующих однобаковые модули, сокращено число топливных баков, связанных с ними систем наддува и контроля состояния компонентов топлива, межбаковых отсеков, а также уменьшена общая масса конструкции баков за счет сокращения числа днищ и внутрибаковых трубопроводов. Кроме того, в вариантах РН, использующих однобаковые модули, уменьшение производственных затрат достигается за счет сокращения объема внутрибаковых работ. Дополнительное увеличение надежности модификаций РН, использующих связки однобаковых блоков, достигается из-за того, что разрыв топливных магистралей между модулями связок или не производится, или производится после их отделения от ЦРМ и не влияет на выполнение задачи полета.
Все предложенные варианты ракеты-носителя модульного типа объединены единым изобретательским замыслом и соответствуют критериям изобретения.
Литература
1. С.П.Уманский "Ракеты-носители. Космодромы", Москва, издательство "Рестарт+", 2001 г.
2. "Космонавтика", энциклопедия, 1985 г., Москва, издательство "СЭ", - "ОТРАГ"
3. Журнал Новости Космонавтики" №3, 1999 г., с.48.
4. Патент США №5143328 от 01.09.1992, B 64 G 1/00, B 64 G 1/40.
Изобретение относится к ракетно-космической технике, в частности к многомодульным ракетам-носителям пакетной схемы, использующим перелив топлива между модулями. Предлагаемая ракета-носитель, содержащая центральный и боковые ракетные модули, может быть выполнена в трех вариантах с различными модификациями. В первом варианте топливо, предназначенное для перелива, распределяется так, что каждый боковой двухбаковый модуль содержит избыточное количество только одного из компонентов топлива. При этом в каждом из этих модулей система перелива компонентов топлива представлена только одной межмодульной магистралью. В ряде модификаций первого варианта используется вытеснительная система подачи компонента из верхних баков боковых модулей в нижний бак центрального модуля. Во втором и третьем вариантах используются однобаковые боковые модули с разными компонентами топлива в них. В некоторых модификациях этих вариантов данные модули попарно объединены в связки и соединены между собой упрощенными межмодульными топливными магистралями. За счет специализации модулей достигается упрощение топливной системы ракеты-носителя и уменьшение количества аварийноопасных процессов. Это наиболее заметно проявляется при увеличении числа модулей. Наибольшие технологические упрощения при максимальном сохранении унификации модулей получаются при использовании топлива керосин - жидкий кислород и двигателей "закрытой" схемы, освоенных российской промышленностью. Техническим результатом изобретения является уменьшение стоимости изготовления и эксплуатации ракеты-носителя, повышение ее надежности. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 18 ил.
| US 5143328 A, 01.09.1992 | |||
| СПОСОБ ВЫВЕДЕНИЯ ПОЛЕЗНОГО ГРУЗА НА ОРБИТУ | 1994 |
|
RU2083447C1 |
| Способ хирургического лечения ригидной отслойки сетчатки с разрывами | 1980 |
|
SU1114414A1 |
| US 3955784 A, 11.05.1976 | |||
| US 5217187 A, 08.06.1993. | |||
