 |
|
 |
|
|
|
|
|
Под общ. ред. И.В. Бармина
Москва 2005
|
ГЛАВА 1 И.В. Бармин, Н.М. Корнеев 1.1. Краткий исторический обзор развития наземных технологических объектов ракетной техники С изобретением в Китае пороха в ряде стран мира на различных этапах их развития были созданы и получили распространение небольшие пороховые ракеты и приспособления для их пуска. Поэтому практическое использование пороховых ракет имеет многовековую историю. В нашей стране о ракетах-стрелах впервые упоминается в Псковской летописи, относящейся к XV веку, а первая сигнальная ракета в России была создана и принята на вооружение русской армии в начале XVIII века, при Петре I. Позднее в России (в XIX веке) усилиями ряда ученых (А.Д. Засядко, К.И. Константинов и другие) были проведены первые теоретические работы и созданы пороховые ракеты и устройства для их пуска, практическое использование которых было осуществлено русской армией на Кавказе в русско-турецкой войне (1828-1829 гг.) и во время Крымской войны (1853-1856 гг.). Как уже отмечалось, работы по созданию пороховых ракет проводились и в других странах. Однако небольшая дальность полета этих ракет и невысокая точность попадания в заданную цель (намного ниже, чем у артиллерийских снарядов) на том этапе были сдерживающими факторами для их значительного развития. Более интенсивные работы по развитию реактивной и ракетной техники были развернуты в конце XIX – начале XX веков в наиболее развитых странах, таких как Россия, США, Германия, Англия. Ученые России (К.Э. Циолковский, Ф.А. Цандер, Ю.Ф. Кондратюк, Н.Е. Жуковский, Н.И. Тихомиров и другие) большое внимание уделяли вопросам развития теоретических основ реактивной и ракетной техники. Значительный вклад в разработку теоретических основ ракетно-космической техники внесли и зарубежные ученые, такие как: в США – Р. Годдард; в Англии – У. Гейл, в Германии – Г. Гансвиндт, Г. Оберт и В. Гоман; во Франции – Р. Эно-Петри и др. Результаты, полученные российскими учеными в 20– 30-х гг. прошлого века, были использованы вначале в работах Газодинамической лаборатории (ГДЛ) и Центральной группы изучения реактивного движения (ГИРД), а позднее – в Реактивном научно-исследовательском институте (РНИИ). Они явились основой для дальнейшего развертывания научно-исследовательских и экспериментальных работ по созданию пороховых реактивных снарядов и пусковых установок для их запуска; самолетов, использующих в полете реактивные ускорители, а также для проведения экспериментальных работ по запуску опытных летательных аппаратов, двигатели которых работали на жидких компонентах топлива. Результаты этих работ были использованы НИИ-3 (бывшее РНИИ), СКБ при заводе «Компрессор» (ныне ФГУП КБОМ) и другими предприятиями при создании реактивного оружия (различных реактивных снарядов, многоствольных пусковых установок – «Катюш»), которое широко и эффективно использовалось в боях с немецкими оккупантами на всех фронтах Великой Отечественной войны. Во время второй мировой войны (в начале 40-х гг.) немецкие ученые и специалисты завершили в военных целях работы по созданию беспилотного самолета-снаряда ФАУ-1 и ракетного комплекса для баллистической жидкостной ракеты ФАУ-2, имевшей дальность полета около 300 км. В конце войны этими ракетами и самолетами-снарядами немецкие войсковые части обстреливали города Англии. Большой интерес к новому виду оружия проявили США и СССР. После капитуляции Германии, в 1945-1946 гг., США вывезли к себе почти всех немецких ученых и специалистов, занимавшихся созданием ракетной техники, во главе с главным конструктором ракет Вернером фон Брауном, а также большую часть изготовленных ракет и агрегатов наземного оборудования ракетных комплексов. Используя опыт и знания немецких ученых и специалистов, США приступили к созданию собственной боевой ракетной техники. Руководство нашей страны организовало в 1945-1946 гг. в советской оккупационной зоне Германии, а также в Австрии, Чехословакии, Венгрии и Польше изучение гражданскими и военными специалистами немецкой ракетной техники и средств се производства. Исходя из складывающейся военно-политической обстановки в мире и необходимости обеспечения требуемой обороноспособности страны, руководство СССР в 1946 г. приняло решение о создании комплексов боевой ракетной техники для баллистических ракет дальнего действия (Постановление ЦК ВКП(б) и Совета Министров СССР от 13 мая 1946 г. № 1017-419). К этой работе руководство страны подключило ряд отраслей промышленности и определило в них головные ПИИ и КБ, ответственные за создание ракет и ракетных комплексов в целом и за дальнейшее развитие этой техники в стране. Головным предприятием по разработке и созданию баллистических ракет и ракетных комплексов был назначен НИИ-88 Министерства вооружения СССР, в котором эти работы возглавил главный конструктор ОКБ-1 С.П. Королев. К разработке составляющих элемеггтов баллистических ракет в качестве головных предприятий были привлечены: по ракетным двигателям – ОКБ-456 Министерства авиационной промышленности СССР, по средствам автономного и радиотехнического управления – НИИ-885 Министерства средств связи СССР, по бортовой аппаратуре – НИИ-10 Министерства судостроительной промышленности СССР. Головным конструкторским предприятием по созданию наземного пус-нового, подъемно-транспортного, заправочного и вспомогательного оборудования для ракетных комплексов было определено ГСКБ Спецмаш Министерства машиностроения и приборостроения СССР (ныне Федеральное государственное унитарное предприятие «Конструкторское бюро общего машиностроения имени В.П. Бармина» – КБОМ). Головная роль по созданию ракетного полигона, получившего название 4-й Государственный центральный полигон (4-й ГЦП), а позднее – Капустин Яр, была поручена Министерству обороны СССР с привлечением к выполняемым работам ряда предприятий промышленности. Технологические наземные объекты на полигоне создавались под руководством головных конструкторских предприятий по ракетной технике. Для определения основных направлений развития в стране ракетной техники и для решения возникающих в процессе ее создания принципиальных технических вопросов был создан первый в нашей стране Совет Главных конструкторов по ракетной технике, возглавляемый С.П. Королевым. В него вошли С.П. Королев, В.П. Глушко, В.П. Бармин, Н.А. Пилюгин, М.С. Рязанский и В.И. Кузнецов, руководившие в стране основными направлениями работ по ракетной технике. Принятые этим Советом технические решения, после согласования с руководящими органами страны, были обязательными для привлекаемых к этим работам предприятий всех министерств и ведомств страны. Позже, в 50-х годах, к разработке баллистических ракет, двигатели которых работали на высококипящих компонентах топлива, было подключено ОКБ-586 (г. Днепропетровск), где главным конструктором был М.К. Янгель, а несколько позднее – ОКБ-52 во главе с генеральным конструктором В.Н. Челомеем. Эти главные конструкторы и руководимые ими предприятия, а также другие привлеченные к работам предприятия стали первопроходцами практического создания и развития в нашей стране отечественных баллистических ракет, их составляющих элементов, а также наземных технологических объектов ракетных комплексов. Для обеспечения выполняемых объемов работ к каждому головному предприятию была подключена необходимая кооперация смежных предприятий.
К работам по созданию наземного оборудования первых ракетных комплексов было привлечено несколько десятков конструкторских бюро и научно-исследовательских институтов различных отраслей промышленности. Основными из них были:
Позднее, в связи со значительным расширением объемов работ по созданию наземных объектов ракетной техники, ряд предприятий, такие как КБТМ, ОКБ «Вымпел», ЦКБТМ, КБТХМ, КБ «Мотор» и ЦКБ-34 (ныне ОАО «Конструкторское бюро специального машиностроения» – КБСМ), начали выполнять головную роль по созданию отдельных наземных объектов. Первый опыт эксплуатации наземного оборудования и проведения пусков жидкостных баллистических ракет как в США, так и в СССР был получен на создаваемых в этих странах ракетных полигонах на базе пусков немецких ракет ФАУ-2, вывезенных из Германии. В США первые пуски этих ракет были осуществлены в 1946 г., а в СССР в 1947 г. Первым, созданным в нашей стране и принятым в 1950 г. на вооружение Советской армии, был передвижной грунтовый ракетный комплекс Р-1.
После создания ракетного комплекса Р-1 при разработке каждого следующего передвижного ракетного комплекса (Р-2, Р-5М, Р-12, Р-14 и т.д.), по мере накопления опыта и учитывая полученные достижения. Заказчик последовательно повышал требования к эффективности работы оборудования и объектов наземной инфраструктуры, надежности и безопасности выполнения работ, сокращению количества обслуживающего персонала, что требовало их разработки с более высокими техническими параметрами, а также решения многих возникающих проблемных вопросов. Такие наземные комплексы обеспечивали работы непосредственно с ракетами и их головными частями и выполнение принятого технологического процесса. Для проведения увеличивающихся объемов работ по объектам и для создания различных по конструктивному решению и выполняемым функциям агрегатов и систем потребовалось значительно расширить кооперацию смежных предприятий, привлекаемых к этим работам. В последующем гребования повышения боевой эффективности ракетного оружия привели к необходимости создания стационарных наземных комплексов ракетной техники, в которых выполнение отдельных операций технологического процесса осуществлялось в дистанционном или в дистанционно-автоматическом режимах. Это позволило значительно повысить надежность и безопасность проведения работ и улучшить условия эксплуатации комплексов. Первыми такими объектами, созданными ГСКБ Спецмаш на полигоне Байконур совместно с кооперацией смежных предприятий, были наземные стационарные стартовая и техническая позиции для ракеты Р-7 и автоматизированная стационарная стартовая позиция для ракеты Р-9А. Дальнейшее совершенствование боевой эффективности ракетных комплексов было связано с созданием как в США. так и в СССР ракетно-ядерного оружия, что привело в конце 50 – начале 60-х гг. к необходимости разработки и создания в ГСКБ Спецмаш (ныне КБОМ) и ЦКБ-34 (ныне КБСМ) групповых стартовых комплексов шахтного типа «Двина», «Чусовая», «Десна» и «Шексна». Эти комплексы обеспечили постоянное боевое дежурство ракет Р-12У, Р-14У, Р-9А и Р-16У и позволили впервые в мире осуществить пуски этих ракет непосредственно из шахтных пусковых установок, выполненных с заданной защитой от ядерного нападения вероятного противника. В середине 50-х гг. были развернуты работы по модернизации ранее созданных боевых ракетных комплексов в целях освоения космического пространства. В США и СССР в кратчайшие сроки были реконструированы отдельные ракеты и наземные объекты, обеспечившие выведение в космос многотонных грузов.
После запуска в нашей стране первого искусственного спутника Земли в 1957 г. и полета в космос первого человека – Ю.А. Гагарина в 1961 г. началась эра всестороннего освоения космического пространства. В США освоение космического пространства началось с запуска в феврале 1958 г. КА «Эксплорер-1» ракетой «Юпитер-C», а первый пилотируемый полет КА «Меркурий» ими был осуществлен с помощью РН «Атлас» в феврале 1962 г. Однако наибольших успехов США достигли, обеспечив в 1964 г. доставку с помощью РН «Сатурн-5» астронавтов к Луне на космическом корабле «Апполон-11» и выход первых людей – Н. Армстронга и Э. Олдрина на ее поверхность. В начале 60-х гг. в СССР была завершена модернизация всех стартовых и технических комплексов, созданных для ракеты Р-7, в целях повышения их эффективности и обеспечения запусков с них космических аппаратов ракетами «Восток», «Союз», а позже «Молния», разработанными в ОКБ-1 на базе ракет Р-7 и Р-7А. Дальнейшим этапом развития ракетно-космической техники в нашей стране стало создание космического ракетного комплекса для ракеты Н-1, предназначенного для освоения Луны и высадки на нее космонавтов. В то же время в связи с масштабным развертыванием работ по сгроительству в США группировки новых боевых, более эффективных ракетных комплексов для РН «Минитмен» и их модификаций, а также для РН «Титан-2» и других боевых комплексов решением руководства СССР для обеспечения создания ракетно-ядерного шита страны к разработке новых ракет и наземных объектов наряду с действующими были подключены и другие предприятия различных отраслей промышленности.
Это позволило в короткие сроки дополнительно создать в СССР ряд более совершенных стационарных наземных и шахтных ракетных комплексов для жидкостных и твердотопливных ракет, в том числе под руководством:
В конце 60 – начале 70-х годов прошлого столетия под руководством ОКБ-52 была завершена модернизация ракеты УР-500, результатом чего было создание космической трехступенчатой ракеты УР-500К («Протон-К»), а КБОМ совместно с кооперацией смежных предприятий была завершена модернизация СК, ранее созданного для РН УР-500. Позднее было осуществлено создание на космодроме Байконур второго СК для этой ракеты. В это же время под руководством ОКБ-586 были завершены работы по созданию космических ракетных комплексов для ракет 63С1, Р-14М, Р-68 и Р-69. предназначенных для запуска КА легкого класса. Соответственно под руководством КБОМ на полигоне Капустин Яр для РКН 63С1 были созданы ШПУ «Маяк-2» и 8П763П, а под руководством КБТМ на космодроме Плесецк – наземные стационарные стартовые комплексы для ракет Р-14М («Космос») и Р-68 («Циклон») и на космодроме Байконур – СК для ракеты Р-69 («Циклон-2»).
В 70–80-е годы в США были завершены работы по созданию первой в мире пилотируемой многоразовой транспортной космической системы (МТКС) «Спейс-Шаттл», обладающей широкими возможностями по выведению полезных грузов на орбиту и возвращению их на Землю; способной к значительному маневрированию в полете, но оказавшейся весьма сложной, недостаточно надежной в эксплуатации и не оправдавшей надежд по уменьшению затрат, требуемых для выведения на орбиту одного килограмма полезного груза. В 80-е годы кооперацией предприятий под руководством ОКБ-586 (КБ «Южное») были завершены работы по созданию КРК ракеты 11К77 («Зенит»), в составе которого для этой ракеты под руководством КБТМ были созданы на космодроме Байконур технический и автоматизированный стартовый комплексы. Наивысшим достижением советской ракетно-космической промышленности стало создание на космодроме Байконур многоразовой транспортной космической системы (МТКС) «Энергия–Буран» многочисленной кооперацией предприятий, возглавляемой в целом НПО «Энергия». Для этой космической системы только КБОМ совместно со смежными предприятиями были созданы такие наземные объекты, как универсальный комплекс «Стенд-старт» (УКСС), стартовый комплекс МТКС «Энергия–Буран», а также комплекты технологического оборудования площадки огневых комплексных испытаний (ОКИ) объединенной двигательной установки орбитального корабля «Буран», комплекты оборудования для площадок слива основного и запасного аэродромов посадочного комплекса и дополнительное технологическое оборудование для модернизации заправочной станции 11Г131 и площадки слива жидкого водорода.
Последние десятилетия XX века были характерны значительным расширением сферы мировой космической деятельности и высокими темпами наращивания усилий в различных странах по использованию достижений СССР и США в освоении космического пространства, выразившимися в создании собственных ракет и наземного оборудования, обеспечивающих запуск КА на околоземные орбиты. Наибольших успехов в этом к концу прошлого века достигли европейские страны (при активном участии Франции), входящие в Европейское космическое агентство (ЕКА), а также Китай. Япония и Индия. В нашей стране в 90-е годы прошлого столетия сложилось тяжелое экономическое положение, в результате чего резко сократилось бюджетное финансирование работ, выполняемых по ракетно-космической технике, что привело к значительному сокращению численности специалистов, работающих в ракетно-космической отрасли, в основном за счет уволившихся из предприятий молодых кадров. Сложившееся после распада СССР положение усугубилось прекращением участия в совместных работах по ракетной технике многих смежных предприятий, находящихся вне территории Российской Федерации в составе бывших его союзных республик. К этому времени большая часть наземных технологических объектов ракетной техники в нашей стране полностью выработала назначенные ресурсы и сроки службы, что привело к значительным осложнениям обеспечения их дальнейшей эксплуатации.
В этих условиях предприятия наземной подотрасли Росавиакосмоса (ныне Федеральное космическое агентство) большое внимание уделяли решению задач по продлению ресурса работы наземных технологических объектов ракетной техники, находящихся в эксплуатации; осуществлению силами специалистов гражданских предприятий эксплуатации многих объектов РКТ на космодроме Байконур; обеспечению надежности запуска космических аппаратов в соответствии с Федеральной космической программой России и в интересах МО, а также обеспечению запусков отечественных и зарубежных КА на коммерческой основе. В то же время, несмотря на сложные экономические условия, в России продолжались работы по модернизации существующих и созданию новых КРК. В результате были переданы в эксплуатацию КРК для РН «Старт» и «Старт-1», созданные МИТ на базе мобильного БРК «Тополь», а также разработанные под общим руководством ГКНПЦ им. Хруничева КРК для РН «Протон-М», созданного на базе КРК РН «Протон-К», с разгонным блоком «Бриз-М» и комплекса для РН «Рокот», созданной на базе ракеты УР 100Н-УТТХ. В начале текущего века под руководством ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» завершаются работы по созданию КРК для РН «Союз-2» на базе ракеты «Союз», а под руководством НПО «Машиностроение» – работы по созданию КРК для РН «Стрела» на базе ракеты УР-100Н-УТТХ. Развернуты проектно-конструкторские работы в ГКНПЦ им. Хруничева, осуществляемые совместно со смежными предприятиями, по созданию нового КРК для РКН тяжелого класса «Ангара», строительство и эксплуатация которого предусматриваются на космодромах Плесецк и Байконур. В работах по созданию наземных объектов для указанных КРК активное участие приняли КБОМ, КБТМ, ОКБ «Вымпел» и МИТ совместно со сложившейся кооперацией смежных предприятий.
В целом объемы работ, выполненных в СССР и России по ракетной технике, и достижения в области создания ракет, их полезных грузов, объектов наземной инфраструктуры, а также в освоении космоса в значительной степени способствовали, с одной стороны, повышению престижа нашей страны среди мировой общественности и сообщества космических стран, а с другой – поддержанию обороноспособности государства на требуемом уровне. В конце XX века во многих развитых странах наблюдалась тенденция к интеграции международных усилий при создании новых КРК, что способствовало более интенсивному развитию космической техники в интересах мировой экономики и науки. Особенно ярко это проявилось в Европе при создании ракет «Ариан-4», «Ариан-5» и соответствующих наземных объектов в Гвианском космическом центре. В реализации ряда международных проектов по ракетно-космической технике активную роль стали играть и многие российские предприятия. Так, ГКНПЦ им. Хруничева совместно с кооперацией российских предприятий (КБХМ, ОАО «Криогенмаш», КБ «Арматура» и др.) при участии индийских предприятий создали для индийской РН PSLV кислородно-водородный разгонный блок и наземные средства, необходимые для его запуска. Ракетно-космическая корпорация (РКК) «Энергия» им. Королева совместно с американской корпорацией «Боинг», норвежской компанией «Кварнер» и украинскими предприятиями ГКБ «Южное» и Южный машиностроительный завод в кооперации с КБТМ, НПО «Энергомаш» и другими предприятиями впервые создали морской плавучий КРК «Морской старт» (Sea Launch) для запусков КА из приэкваториальных районов Тихого океана, осуществляемых с помощью российско-украинской РН «Зенит-3SL».
ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс», КБОМ, НПО им. Лавочкина в кооперации с европейскими предприятиями приступили к созданию технического и стартового комплексов, размещаемых в Гвианском космическом центре и предназначенных для запуска КА среднего класса с помощью российской РН «Союз-СКТ» (разработанной на базе РН «Союз-2») с РБ «Фрегат». Необходимо отметить, что в начале XXI века мировой рынок космических услуг в целом характеризуется превышением предложений над спросом. Это объясняется большим количеством эксплуатируемых РН, запускаемых с разных космодромов мира, и уменьшением потребности вывода на орбиты большого числа КА в связи с резким увеличением срока (до 15 лет) их активного существования в космосе. В то же время в ближайшей и отдаленной перспективе для изучения дальнего космоса и планет Солнечной системы потребуется создание более мощных КРК и более развитой инфраструктуры, размещаемой на Земле, а при необходимости и на поверхности Луны. Дальнейшее развитие ракетно-космической техники имеет уже сложившуюся тенденцию обеспечения снижения затрат, необходимых для выведения на орби ту одного килограмма полезного груза, и в этой связи актуальным является продолжение работ по созданию средств выведения многоразового использования. При этом развитие перспективных наземных средств в значительной мере будет связано с развитием самих РКП. Основными задачами при создании наземных технологических объектов каждого нового КРК станут: обеспечение эксплуатации наземных объектов до 30 и более лет без проведения капитального ремонта; создание наиболее простых по конструкции и в эксплуатации агрегатов и систем; оптимизация средств, обеспечивающих автоматизацию технологических процессов; постоянный мониторинг технического состояния оборудования; повышение технологичности оборудования и строительных сооружений; сокращение количественного состава обслуживающего персонала. Все это потребует проведения больших объемов научно-исследовательских, проектно-конструкторских и экспериментальных работ.
1.2. Особенности создания наземных объектов Разработка наземных объектов и комплектов их оборудования является многоплановым, творческим и трудоемким процессом, требующим поиска и принятия многих проектно-конструкторских решений, взаимной увязки работы оборудования, а также проведения расчетно-теоретических и экспериментальных работ. Частичной иллюстрацией этого может служить специфика и комплексный характер технологических работ, выполняемых, например, на стартовом комплексе при подготовке РКН к пуску. Эти работы обусловлены большим количеством взаимодействующих агрегатов и систем и взаимозависимостью выполняемых ими функций; разнообразием физических принципов их работы, требующих решения широкого круга задач в таких областях техники, как механика, гидравлика, газодинамика, электротехника, электроника, измерительная техника, химия, строительное дело и т.д.. и определяющих сложность их разработки, строительства и эксплуатации. Такие объекты обладают свойствами, характеризующими их как сложные инженерные системы. Проектирование наземных объектов является одним из основных этапов их создания, на котором закладывается потенциальная способность в заданный промежуток времени и с необходимой эффективностью выполнять эксплуатационные функции в условиях различных воздействий, возникающих в процессе проведения технологических работ на наземных объектах при подготовке ракеты к пуску. В основу создания ракетно-космических или боевых ракетных комплексов, как правило, закладываются целевые задачи, принятые в государственных программах по концепциям развития науки, отдельных направлений народного хозяйства и повышения обороноспособности страны. В сложившейся практике, в частности для создания нового ракетного комплекса, назначается Государственный Заказчик, в роли которого, как правило, выступают министерства или ведомства. Заказчик на основании достигнутого опыта эксплуатации аналогичных комплексов и имеющихся знаний по результатам анализа появившейся потребности и возможности создания нового ракетного комплекса определяет необходимость и сроки строительства, уточняет конкретные целевые задачи и основные технические и организационные аспекты его создания. В этих работах принимают участие научно-исследовательские институты Заказчика, имеющие в своем составе соответствующие подразделения, и при необходимости привлекаются отдельные специалисты головных предприятий промышленности. После уточнения целевой задачи создаваемого боевого или космического ракетного комплекса и основных положений, определяющих назначение и эффективность его использования, Заказчик разрабатывает тактико-технические требования (ТТТ) на создание такого комплекса, которые выдаются в виде тактико-технического задания (ТТЗ) для руководства в работе головным конструкторским предприятиям, ответственным за создание РК в целом и отдельных элементов (объектов), входящих в его состав. Наряду с ТТЗ Заказчика большое влияние на построение наземных объектов и функциональный состав их оборудования оказывают принятые решения по конструктивному исполнению ракеты (габариты; масса; деление на составные части; компоненты топлива, заправляемые в ее баки, и т.д.) и технология подготовки ее к пуску. В зависимости от требований Заказчика стартовые и технические комплексы, как правило, создаются конкретного заданного вида. Стартовые комплексы могут быть подвижными (грунтовые или железнодорожные), стационарными (наземные или заглубленные), морскими или авиационными. Также может быть выполнено различное структурное построение и технических позиций. Для эффективного обеспечения заданной целевой задачи ракетно-космическим или боевым ракетным комплексом уже в начале развертывания работ по их созданию требуется определить и оптимально распределить выполняемые функции между всеми составляющими его элементами (ракета, наземные объекты и т.д.). При этом следует отмстить, что для каждого вида наземных объектов требуются свои специфические методы и способы разработки. В то же время при комплексном системном проектировании они рассматриваются в двоякой роли. С одной стороны, разрабатываемые объекты являются подсистемами сложной системы более высокого уровня иерархии и наряду с ракетой входят в состав БРК или КРК, с другой – они рассматриваются как иерархические системы, составляющие которых (агрегаты, системы и строительные сооружения) на более низких уровнях иерархии сами могут рассматриваться как сложные системы. В этом случае разрабатываемый наземный объект является частью системы более высокого уровня (КРК или БРК в целом), а его оптимальные проектные параметры определяются из условия обеспечения наилучшего значения его показателей. Состав и структура построения космического комплекса и уровни его иерархического построения показаны на рис. 1.2.1 и 1.2.2.
Уже на этапе разработки ТТЗ Заказчиком и на начальных этапах разработки ракеты, стартового и техническою комплексов осуществляется выбор способа (технологии) и места сборки ракеты из ее составных элементов, что в значительной мере определяет конструктивные решения ракеты, а также структуру построения, характер выполняемых работ и функциональный состав оборудования как стартового, так и технического комплексов.
В мировой практике в основном используются три технологические схемы (метода) сборки РКН:
В общем виде третья (смешанная) схема по сравнению с другими схемами сборки ракет характеризуется минимальными объемами работ с блоками ракеты, осуществляемых на техническом комплексе, и длительным по времени (до нескольких месяцев) выполнением больших объемов работ на стартовом комплексе. Вторая (мобильная) схема по сравнению с другими схемами характеризуется длительным временем, необходимым для проведения более сложных работ на техническом комплексе, и некоторым сокращением времени по сравнению с первой схемой при проведении работ на стартовом комплексе. Первая (фиксированная) схема по сравнению со второй схемой характеризуется выполнением несколько больших объемов работ на стартовом комплексе и значительным сокращением времени, необходимого для проведения менее сложных работ на техническом комплексе. В отечественной практике в основном используется первая (фиксированная) схема. Вторая (мобильная) схема в отечественной практике применения не нашла, и все работы по ней были завершены на этапе анализа проведенных конструкторских проработок. Общий внешний вид и планировка зала МИКа РКН «Протон» и одна из проектно-конструкторских схем МСК, созданной в США, показаны на рис. 1.2.3, 4.11.1 и 1.2.4. Опыт проектирования и эксплуатации наземных объектов позволил многим предприятиям, участвовавшим в их создании, обобщи ть и систематизировать свои знания в виде различных методик и подходов к проектированию отдельных видов оборудования и сооружений.
Для решения возникающих вопросов и задач специалисты предприятий на основе накопленного опыта и знаний при разработке наземных объектов и их оборудования обычно используют различные эвристические приемы, отработанные и проверенные на практике методики и способы проектирования, а также последние научно-технические достижения. В то же время разработка таких объектов не могла быть обеспечена только решениями отдельных частных задач без учета всех протекающих на них процессов и требовала обобщений и комплексного подхода. Подтверждением этого был комплексный характер работ, выполняемых специалистами предприятий интуитивно или в силу необходимости инженерно-технического обеспечения целевых задач, поставленных в ТТЗ Заказчика. При поиске наиболее оптимальных технических решений уже в ходе разработки первых стационарных объектов осуществлялись:
Создание наземных технологических объектов в ракетной технике, соответствующих заданным требованиям Заказчика и разработчика ракеты, вообще было невозможно без использования в проводимых работах имеющихся знаний, опыта и указанных выше способов и приемов их разработки. Следует отметить, что в 20-30-е годы прошлого столетия в отечественной и зарубежной технической литературе появились первые научные публикации системного направления. Позднее начали формироваться конкретные дисциплины, такие как системный анализ, теория сложных систем, системотехника и другие научные дисциплины. На их теоретической базе были разработаны основные положения системного подхода, используемого при разработке сложных инженерных систем, концепции которого являются расчетно-методическими средствами, предназначенными для научно обоснованного выбора принимаемых технических решений. При рассмотрении используемых способов, методов, подходов и принятой на отдельных предприятиях комплексной направленности разработки стационарных наземных технологических объектов ракетной техники и сопоставлении их с основными положениями системного подхода был сделан вывод, что они во многом совпадают и соответствуют основным теоретическим положениям и рекомендациям по использованию системного подхода в проектно-конструкторских работах. Более полное применение основных положений системною подхода в проектно-конструкторских работах привело к необходимости последовательного создания на ряде предприятий соответствующих методических материалов и математического аппарата для использования их при разработке наземных объектов и основных видов их оборудования. Впервые использование отдельных основных положений системного подхода при создании ракетной техники в нашей стране было осуществлено в конце 60 – начале 70-х годов. Сначала появились научные статьи и диссертации с использованием основных теоретических положений системного подхода, а позднее теоретические положения системного подхода нашли отражение в работах, выполненных такими предприятиями, как ЦНИИмаш, РКК «Энергия» им. С.П. Королева, ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, КБОМ им. В.II. Бармина, КБТМ, ВИКА им. А.Ф. Можайского и др. Тем не менее, пока еще проблематично создание общей математической модели совместной взаимоувязанной работы оборудования наземного объекта и отдельных элементов бортовой аппаратуры ракеты при подготовке ее к пуску (например, на стартовом комплексе), описывающей с требуемой точностью специфику взаимодействия десятков наземных агрегатов, систем и бортовой аппаратуры ракеты; физико-химические процессы, протекающие в них при проведении работ по подготовке к пуску; влияние случайных факторов на динамику их функционирования; возможные воздействия на них внешних нагрузок; влияние человеческого фактора на проведение работ и т.д. Поэтому на практике при разработке наземных технологических объектов и их оборудования в ряде случаев совмещают достигнутый опыт их создания (приемы, способы разработки и др.) с использованием в проектно-конструкторских работах отдельных теоретических концепций основных положений системного подхода, реализации которых в разрабатываемых проектах уделяется должное внимание. При этом следует отметить, что наземные объекты и составные части РКН, как правило, разрабатываются одновременно. Практика проведения работ показывает, что разработчики РН, РБ и КА в соответствии с полученными результатами нередко изменяют отдельные исходные данные и выдают дополнительные требования к наземным объектам даже на этапе завершения разработки рабочей конструкторской документации. Опыт создания наземных объектов подтверждает, что любая осуществляемая на них технологическая операция может быть реализована несколькими способами, требующими своего конструкторского решения. В соответствии с требованиями нормативных документов на этапе разработки технического предложения проводились многовариантные поисковые проектно-конструкторские работы как по агрегатам и системам, так и по структуре построения объекта, выполняемые с использованием различных конструкторских решений, а также различных принципов и способов осуществления технологических процессов, совмещаемых с проведением отдельных экспериментов по наиболее важным решаемым задачам. Это позволяло по результатам проведения синтеза построения структуры объекта и анализа предложенных конструкторских решений оборудования и экспериментов на моделях выбирать один из многих разработанных альтернативных вариантов объекта, наиболее соответствующий по эффективности и стоимости заданным ТТЗ Заказчика. Принятые проектные решения и полученные параметры работы объекта являлись основой для проведения макро- и микропроектирования создаваемого оборудования объекта на последующих этапах его разработки (см. разделы 1.5 и 1.6). Они также использовались для определения взаимосвязей различных уровней иерархии построения объекта, выполняемого с использованием ряда положений системного подхода при его разработке. Все это обеспечивало возможность получения высокой эффективности разрабатываемых наземных объектов и позволяло снизить затраты на их создание. 1.3. Основные решаемые задачи и требования, предъявляемые к созданию наземных объектов Оборудование наземных объектов, таких как технические и стартовые комплексы, заправочно-нейтрализационная станция, в целом предназначается для выполнения (укрупненно) следующих основных видов работ:
В случае несостоявшегося пуска РКН оборудование СК также обеспечивает слив компонентов топлива из баков РН и РБ, снятие ее с пусковой системы и транспортировку на ТК для проведения необходимого объема работ по устранению причин, приведших к отмене пуска. Создаваемое оборудование таких объектов по выполняемым функциям разделяется на технологическое, техническое и вспомогательное:
В начальный период развития ракетной техники передвижные стартовые и технические позиции были относительно простыми и их облик определялся в основном конструктивными особенностями ракеты. Комплекты технологического оборудования для этих объектов разрабатывались состоящими из отдельных агрегатов, самостоятельно обеспечивающих выполнение конкретных технологических операций по подготовке ракеты к пуску. Размещение технологического оборудования на стартовой площадке ракет Р-1 и Р-2 показано на рис. 1.3.1. Последующее развитие ракетной техники, а также необходимость обеспечения повышенных требований Заказчика к разработке объектов наземной инфраструктуры в части их эффективности. надежности и безопасности проведения работ заставили изменить подход к проектированию ракетных систем и наземного оборудования. Потребовалось создавать на наземных технологических объектах не комплекты отдельных агрегатов, участвующих в работах с ракетой, а многофункциональные комплексы взаимоувязанного технологического и технического оборудования, более эффективно и с меньшими затратами обеспечивающие выполнение общей целевой задачи по подготовке ракет к пуску (или длительное боевое дежурство) и их пуск в заданное время. Такой способ на всех этапах создания наземных объектов требовал единого подхода к решению конструкторских, технологических, организационных и других задач. Это привело к необходимости разработки руководящих нормативно-технических документов (НТД), определяющих требования к процессу создания объектов в целом и их оборудования с учетом природных и экологических условий их эксплуатации, а также требований к оборудованию по метрологии, надежности, эргономике, экономическим параметрам и др. В зависимости от целевых задач для конкретного ракетного комплекса наземные объекты, в основном, создавались отдельно для каждого типа ракет (легкого, среднего или тяжелого класса). При этом разработка оборудования новых наземных объектов ракетных комплексов в соответствии с требованиями и исходными данными разработчика ракеты предусматривала необходимость:
Основой для разработки наземных объектов ракетной техники являются предъявляемые к ним требования, сформулированные в ТТЗ Заказчика и предусматривающие их исполнение с учетом основных положений ОТТ, ГОСТов, РК-98-КТ и ведомственных нормативных документов. Они включают в себя требования к наземным объектам по обеспечению:
Реализация указанных требований Заказчика и разработчика РКН предусматривает необходимость индивидуального комплексного подхода к разработке каждого наземного объекта и решения специфических и проблемных задач на всех уровнях с учетом его иерархического построения. Следует отмстить, что в зависимости от класса ракет, их конструктивно-компоновочных схем и технологических принципов, положенных в основу подготовки к пуску, структурные построения наземных объектов, входящих в состав боевого или космического ракетного комплекса, имеют значительные различия. При таком подходе к созданию составных элементов ракетного комплекса (РН, технологические наземные объекты и др.) каждый из них при реализации общей целевой задачи в составе ракетного комплекса выполняет свои специфические технологические процессы, поэтому все существующие ракетные комплексы и прежде всего космические комплексы, разработанные как в нашей стране, так и за рубежом, по своим решениям и параметрам уникальны. Они различаются не только концепцией их создания, но и классом РКП, номенклатурой выводимых на орбиту КА, а также структурой построения наземных технологических объектов и функциями, выполняемыми на этих объектах технологическим, техническим оборудованием и строительными сооружениями. Наименее сложное структурное построение имеют боевые РК, когда ракеты в контейнерах с заводов-изготовителей промышленности поставляются непосредственно на стартовые позиции и устанавливаются в ШПУ, после чего на них проводят небольшие объемы работ, необходимые для последующего боевого дежурства или подготовки ракет к пуску. Наиболее сложное структурное построение имеют наземные объекты ракетно-космических комплексов, создаваемых для РКН тяжелого класса.
Для примера на рис. 1.3.2 показана структурная схема наземных технологических объектов многоразового космического ракетного комплекса (МКРК), предназначенных для отработки, подготовки к пуску и пуска МТКС «Энергия–Буран». В целом тактико-технические характеристики (ТТХ) современных БРК и КРК определяются ТТХ ракет и ТТХ наземных технологических объектов. 1.4. О показателях, характеризующих качество Одним из основных этапов создания и последующей эксплуатации каждого наземного технологического объекта ракетной техники, как уже отмечалось, является разработка проектно-конструкторской документации, в которой принятыми техническими решениями заложена потенциальная способность объекта в заданных условиях выполнить все согласованные требования, выданные Заказчиком и разработчиком ракеты на его создание. При завершении разработки различных ракетных комплексов, их наземных технологических объектов и даже отдельных агрегатов у разработчиков, вполне естественно, возникает желание дать оценку совершенства разработанного оборудования, сравнив с созданными ранее и эксплуатирующимися ныне. При этом часто пытаются сравнивать отдельные параметры или характеристики объектов, такие как: степень автоматизации; время, затрачиваемое на проведение технологических операций, выполняемых при подготовке ракеты к пуску; техническое и экологическое совершенство объекта; количество обслуживающего персонала; живучесть и другие характеристики. Однако следует признать, что сравнение наземных объектов БРК или КРК и основных видов технологического оборудования, созданных в нашей стране и в других странах мира в различные периоды времени, при разных геополитической обстановке, уровне экономического развития и политическом устройстве и эксплуатируемых в различных условиях, является трудноразрешимой задачей. При этом необходимо отметить, что какие-либо критерии или методики, с помощью которых можно было бы на инженерно-техническом уровне корректно сравнивать созданные ракетные комплексы и их наземные объекты, в ракетной технике на начало XXI столетия пока еще не разработаны. Тем не менее, на практике осуществляют в общем виде сравнение отдельных характеристик наземных объектов, созданных в разное время и обеспечивающих выполнение близких по назначению задач. Например, можно сравнить конструктивное совершенство созданных в разное время стартовых комплексов РКН «Союз» и «Зенит» или экологическое совершенство стартовых комплексов РКН «Циклон» и «Протон-К». Последние в каждой паре СК будут более совершенны, хотя по ряду других параметров и требований, на основе которых они создавались, эти комплексы имеют значительные отличия. Практикуется также и общее (без проведения анализа) сравнение однотипных агрегатов и систем, созданных для разных наземных объектов. Примером такого сравнения могут служить системы подачи воды (СПВ), близкие по назначению и функциональным задачам, созданные в составе стартовых комплексов, предназначенных для проведения работ по подготовке к пуску и пусках американской МТКС «Спейс шаттл» и отечественной МТКС «Энергия Буран». Указанные системы на обоих стартовых комплексах используются для дополнительного снижения ударно-волновых и акустических воздействий на РН и КА, возникающих от работающих двигателей при пуске ракет, на начальном этапе их подъема. Американская система СПВ создавалась исходя из условия ее работы при круглогодичной плюсовой температуре окружающего воздуха. Укрупненно такая система состоит из одного резервуара емкостью 1100 м3, поднятого над нулевой отметкой стартового сооружения и закрепленного силовыми конструкциями на высоте 90 м; коммуникаций; запорной арматуры и форсунок, предназначенных для подачи воды в газоходы стартового сооружения. Подача воды из резервуара в форсунки осуществляется самотеком под давлением столба жидкости при автоматическом открытии в заданное время запорной арматуры. Система СПВ на СК МТКС «Энергия–Буран» создавалась исходя из условия обеспечения ее работы как при плюсовой, так и при минусовой (до -40°С) температуре окружающего воздуха. Она (укрупненно) состоит из размещенных на нулевой отметке стартового сооружения 16 теплоизолированных емкостей объемом 75 м3 каждая; коммуникаций, арматуры и трех ярусов насадок, предназначенных для разновременной подачи воды в газовые струи двигателей ракеты мри ее пуске, а также средств подогрева воды в зимнее время в емкостях и коммуникациях. Подача воды в насадки осуществляется созданием избыточного давления воздуха в емкостях системы при автоматическом открытии соответствующей арматуры в заданные периоды времени. При общем сравнении этих систем по одному параметру их конструктивной сложности американская СПВ на СК МТКС «Спейс шаттл» конструктивно выполнена значительно проше СПВ, созданной на СК МТКС «Энергия–Буран». Однако такое сравнение, проведенное без учета других параметров и технологических особенностей систем, оказывающих влияние на выполнение поставленной задачи (в данном случае, по существу, только климатические условия, в которых они работают), не учитывает проектно-конструкторского совершенства принятых технических решений, определивших основные принципы их построения на объектах. Эти системы, при обеспечении работы в заданных условиях, нельзя существенно улучшить, изменив, например, принципиальную схему или алгоритм их функционирования. Проведенный анализ основных конструкторских решений показал, что с точки зрения обеспечения работ в заданных условиях обе системы спроектированы разумно и выполнены в оптимальных вариантах. Это говорит о том, что если принимаемые оценки при сравнении агрегатов и систем по отдельным параметрам или характеристикам могут быть приемлемыми, то при проведении более глубокого общего инженерно-технического сравнения, выполненного с учетом требований к функционированию в различных условиях, они, во многих случаях, могут оказаться некорректными. Такой вывод будет справедлив и при проведении сравнения в целом ракетных комплексов и их основных наземных технологических объектов, являющихся, как отмечалось ранее, уникальными инженерно-техническими системами. Наземные технологические объекты, для которых одними из основных показателей были качество и эффективность работы при подготовке к пуску и пуске ракет в заданное время, как правило, создавались в составе БРК или КРК при обеспечении минимальных затрат. При этом осуществляемая в проектах реализация всех согласованных требований Заказчика и разработчиков ракет являлась основой для определения структуры построения и функционального облика объекта, а степень обеспеченности оборудованием и строительными сооружениями выполняемых на нем технологических процессов характеризовала его эффективность (приспособленность к достижению главной цели объекта). Качество создаваемого наземного технологического объекта и эффективность его работы при выполнении основных согласованных требований Заказчика и разработчика ракеты закладывались в проектно-конструкторскую документацию с расчетно-теоретическим обоснованием решений, принятых на всех стадиях разработки, и реализовывались на этапах строительства и испытаний. Исходя из опыта разработки наземных объектов, в связи с трудностью использования всех его показателей, на первых стадиях разработки проектов за основу при сравнении вариантов принимались только отдельные показатели, наиболее полно отражающие эффективность работы. В большинстве случаев такими показателями являлись надежность работы оборудования и стоимость его создания. В нормативно-технических документах для оценки надежности (ГОСТ В21259-89) используются комплексные показатели – коэффициенты готовности, технического использования и сохранения эффективности. Эти показатели позволяют обоснованно формировать требования к надежности проектируемого объекта, уровню безотказности его работы; сравнивать различные варианты построения систем; рассчитывать сроки их работы, периодичность технического обслуживания и ремонта, потребность в комплектах ЗИП и т.д. Для расчета показателей надежности сложных систем наиболее распространен метод структурных схем. Составные части системы (объекта), показатели надежности которых известны, называют элементами, а сам объект системой, состоящей из элементов. Структурная схема надежности, представляющая собой графическое изображение объекта и его составных частей в соответствии с их принципиальными схемами, является условной логической схемой соединения элементов, входящих в состав системы (агрегата), и она указывает на взаимосвязь отказов этих элементов с отказом работы объекта в целом. Надежность работы элементов может определяться опытным путем на основе статистических данных, накопленных в процессе их отработки и эксплуатации, а в отдельных случаях – расчетным путем на основе их физических характеристик и эксплуатационных нагрузок. В наземных объектах связи между элементами и их функции в зависимости от возможных отказов отдельных элементов, смены режимов работы и т.д. могут изменяться. При этом объект может успешно функционировать в случае возможного отказа отдельных элементов только при наличии избыточности в системе. Избыточность может быть структурной, функциональной, информационной. В механических и электрических системах наибольшее распространение получила структурная избыточность, когда часть элементов (резервных) в заданном режиме работы системы не используется или функционирует с неполной загрузкой и вступает в работу лишь в случае отказа основных элементов. Избыточность может быть и функциональной, когда некоторые элементы системы воспринимают дополнительные функции, ранее выполнявшиеся другими элементами, вышедшими из строя в процессе работы. В зависимости от этого в системах применяются два основных типа соединения элементов – последовательное (без резервирования) и параллельное (с резервированием наиболее ответственных элементов). Параллельное соединение элементов позволяет существенно повысить надежность работы системы. Практика проведения работ на создаваемых наземных объектах показывает, что на начальном, коротком, этапе эксплуатации происходит приработка отдельных элементов агрегатов и систем, в которых выявляется выход из строя ненадежных элементов и производится их замена на элементы, соответствующие требованиям заданной надежности работы. Затем наступает относительно продолжительный период времени, соответствующий нормальной эксплуатации, когда оборудование прошло приработку, но еще не состарилось и не исключается возможность отказа отдельных его элементов. Позже наступает период износа (старения) эксплуатируемого оборудования. Интенсивность отказов начинает расти, что требует принятия соответствующих мер (замены отдельных ответственных элементов, ремонта оборудования и т.д.). В большинстве случаев вероятность безотказной работы может быть выражена общепринятым показателем надежности λ(t), зависящим от времени наработки.
Для простоты анализа с большим допущением можно рассматривать взаимосвязь безотказной работы оборудования объекта и стоимости его создания и эксплуатации, изобразив их параметры на графике в виде функциональных кривых. Кривыми на рис. 1.4.1 показано, что с увеличением требований к безотказности работы оборудования объекта значительно растет стоимость его создания. Снижение требований к безотказности, с одной стороны, ведет к уменьшению стоимости разработки и изготовления оборудования, а с другой – к увеличению стоимости эксплуатации из-за необходимости проведения больших объемов проверок оборудования перед его штатным использованием, а также всех видов затрат на техническое обслуживание, запасные части, ремонт, повышение квалификации обслуживающего персонала и т.д. Приведенные на рисунке зависимости показывают, что кривая суммарных затрат C имеет выраженный минимум Cmin при некотором уровне безотказности Pопт. Если этот уровень оказывается ниже требуемого, то целесообразно продолжить конструкторские работы до достижения требуемого значения безотказности, что приведет к дополнительным затратам на создаваемое оборудование на стадиях его разработки и изготовления. Поэтому при разработке оборудования важно и целесообразно определить требуемое значение безотказности его работы. В отдельных случаях на создаваемых наземных объектах принимают различные показатели надежности работы его оборудования. Так, например, на стартовом комплексе РКН «Протон-К» оборудование, участвующее в подготовке ракеты к пуску, в целом выполнено с показателем надежности 0,95. При этом в принятом технологическом процессе подготовки РКН к пуску предусмотрен резерв времени, необходимый для устранения отказов в работе отдельных элементов основного технологического оборудования, определенный по результатам анализа имеющейся статистики его работы. В то же время оборудование, участвующее только в пуске РКН, выполнено с более высокими показателями надежности. В целом основными способами повышения качества и надежности работы наземных технологических объектов являются: создание оптимальных конструкций оборудования; механизация и автоматизация технологических процессов (в оптимальном объеме) при обеспечении возможности ручного вмешательства в управление наиболее ответственными операциями; доводочные испытания в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным, а также соблюдение правил эксплуатации оборудования. Система обеспечения качества и надежности в нашей стране была создана в 1960– 1980 гг. и в целом она соответствует мировым стандартам. В технической литературе представлены методики и обширный расчетно-теоретический аппарат, позволяющие определять надежность отдельных видов оборудования и объектов в целом. На первых этапах создания наземных объектов выбор из многих проработок наиболее оптимального варианта основывался, в основном, на экспертных оценках специалистов, а позднее (и все более широко) на расчетно-методических средствах, предназначенных для научно обоснованного выбора принимаемых технических решений по основным (определяющим) видам оборудования. Наилучшие результаты были получены, когда разработчиками ракеты и наземного оборудования для реализации принятых технологических процессов совместно принимались решения по конструкциям отдельных бортовых элементов ракеты и наземных агрегатов, имеющих взаимные связи при технологических работах и разрабатываемых как единая система, обеспечивающая оптимальные условия для их совместной качественной работы. Классическим примером оптимального решения может служить принятое РКК «Энергия» с участием КБОМ решение о включении в состав РН «Энергия» переходного стыковочного блока «Я», позволившего:
Все это дополнительно позволило значительно упростить выполнение отдельных технологических операций, повысить надежность и качество их выполнения, сократить требуемое на их выполнение время и снизить общие суммарные затраты. Следует отметить, что в отдельных случаях, в основном при модернизации или доработке наземных объектов под новые РБ и КА, в ТТЗ Заказчика граничным условием является общее календарное время, отпускаемое на реализацию проекта. В этом случае при разработке новых или доработке существующих агрегатов и систем, при обеспечении принятой надежности работы выбор наиболее оптимального из разработанных вариантов осуществляется по их наименьшей стоимости. Как уже отмечалось, наземные технологические объекты являются составной частью наземной инфраструктуры ракетного комплекса, общая стоимость которых иногда достигает 80 % от общей стоимости создаваемого КРК, где в соответствии со статистическими данными затраты при создании наземных объектов на разработку их технической документации на оборудование и сооружения составляют 10-15 %, на изготовление оборудования и испытания – 60-65 %, на монтаж оборудования – 14-20 % и они зависят от назначения и особенностей конкретного объекта. Обычно в практике создания наземных технологических объектов большое внимание уделяется вопросам сокращения стоимости их создания и эксплуатации. Наиболее предпочтительным считается тот из предложенных вариантов, который обеспечивает, при реализации заданной эффективности работы, его минимальную стоимость. При этом стремятся выдержать назначенное время, отпущенное на реализацию проекта. Частным случаем можно считать ситуацию, когда заранее оговаривается общая сумма затрат на создание наземных технологических объектов (реальным примером может служить фиксированная сумма затрат, выделенная на разработку проекта и строительство пускового комплекса РН «Союз-СКТ» в Гвианском космическом центре). В этом случае при выборе из многих вариантов, обеспечивающих минимальные затраты на создание объекта, предпочтение отдают тому, который имеет лучшие показатели надежности и эффективности работы. Сокращение затрат на создание объекта в целом достигается за счет использования отдельных агрегатов и систем общетехнического назначения или созданных ранее для других комплексов; унификации узлов и механизмов; создания устройств, более простых по конструктивным решениям; широкого использования недефицитных материалов; внедрения прогрессивных методов производства оборудования и строительства сооружений; сведения к минимуму ручного труда при выполнении технологических процессов; использования при проведении работ компьютерной техники; специализации предприятий, привлекаемых к выполнению работ, и т.д. В некоторых отраслях промышленности разработаны и используются нормативные документы и расчетно-теоретический аппарат по определению ориентировочной стоимости различною вида оборудования. В этих материалах в одних случаях определяющими характеристиками служат масса или габариты созданного оборудования, а в других – объем или количество управляющих элементов и элементов, контролирующих работу оборудования, и другие параметры. В ракетно-космической отрасли для оценки стоимости создаваемого оборудования наземных объектов разработаны и используются несколько вариантов методик, основанных на принципах получения укрупненной оценки стоимости или определения затрат на технологические элементы, входящие в состав объекта. Эти методики, созданные предприятием «Агат» в конце прошлого века, разнятся исходной информацией и точностью конечного результата с погрешностью, достигающей 30 %, и разработаны с учетом:
Укрупненный расчет затрат на выполнение ОКР при создании технологического оборудования стартовой или технической позиций, включающих в себя затраты на разработку технической документации и изготовление оборудования, согласно одной из методик, принятой для использования в ракетно-космической отрасли, выполняется по формуле: Cокр = αMo × YАβ × (tли – tб)Δ1, где Mo – стартовая масса РКН, т; YА – коэффициент автоматизации, %; tли – год начала летно-конструкторских испытаний; tб – базовый год (год начала разработки); Δ1 = 1,218 Mo0,362. Значения принятых коэффициентов приведены в табл. 1.4.1. Таблица 1.4.1
Другой вариант расчета затрат на выполнение ОКР стартовой и технической позиций этой же отраслевой методикой определяется по элементам (технологическим агрегатам и системам) по следующей формуле: Cокр – (Cразр + Cизг + Cисп) × (tли – tб)Δ1, где Cразр – общие затраты на разработку проектно-конструкторской документации; Cизг – общие затраты на изготовление технологического оборудования; Cисп – затраты на проведение всех видов испытаний. Затраты на составляющие элементы общей формулы (Cокр) определяются по формулам:
Cразр = 1,62 × 10-2 × Mо0,428 × YА0,91, млн. руб.;
Cразр = 9,05 × 10-2 × Мо1,104, млн. руб.; Затраты на изготовление технологического оборудования СК: Cизгск = α × MоΔ1 × YАβ, млн. руб. Значения коэффициентов для расчета Cразр и Cизгск приведены в табл. 1.4.2. Таблица 1.4.2
Затраты на изготовление технологического оборудования ТК: Cизгтк = 4,7 × 10-2 × Mо0,906, млн. руб. Затраты на все виды испытаний: Cисп = α × MоΔ1 × YАβ, млн. руб. Значения коэффициентов для расчета Сизгтк и Сисп приведены в табл. 1.4.3. Таблица 1.4.3
Кроме того, в таблицах этой методики приведены формулы для расчета стоимости отдельных технологических агрегатов стартовой и технической позиций, таких как пусковое, подъемно-транспортное оборудование; системы заправки ракеты компонентами топлива и газами, термостатирования и дистанционного управления; монтажно-стыковочные тележки; грузоподъемное оборудование и т.д. В ряде случаев ориентировочная стоимость разрабатываемых видов оборудования определяется на основе найденных аналогов, созданных ранее для других объектов. Следует отметить, что принятые способы расчета ориентировочной стоимости оборудования, выполняемого на первых этапах разработки наземного объекта, используются ввиду отсутствия достаточного объема исходных данных. При этом для учета проходящих в экономике страны инфляционных процессов полученные стоимости корректируются переводными коэффициентами, учитывающими различия между стоимостью оборудования на дату разработки или уточнения методики и стоимостью на дату разработки и изготовления оборудования. На последующих стадиях разработки и изготовления оборудования выполняются более точные сметно-финансовые, калькуляционные и нормативные расчеты его стоимости в соответствии с методическими рекомендациями и нормативами по НИР и ОКР, разработанными в конце прошлого столетия предприятием «Агат» и используемыми в работах предприятиями Федерального космического агентства. 1.5. Этапы создания наземных объектов Как отмечалось ранее, создание наземных объектов является многоплановым, творческим и трудоемким процессом, требующим проведения многими предприятиями проектно-конструкторских, расчетно-теоретических и экспериментальных работ; использования при их реализации многих методических материалов, приемов и способов принятия различных инженерных решений, а также участия (инженерного сопровождения) в изготовлении оборудования на заводах промышленности, строительстве сооружений на объектах, монтаже и во всех видах испытаний оборудования. Как известно, жизненный цикл каждого объекта разделяется на три этапа: создание (проектирование, изготовление, строительство, испытания), эксплуатация и утилизация. Этап проектирования наземных объектов, как и любой другой сложной технической системы, включает в себя два вида работ – научно-исследовательские работы (НИР) и опытно-конструкторские работы (ОКР).предприятия, участвующие в этих работах, выполняют три вида деятельности – проектно-конструкторскую, технологическую и организационную, протекающие взаимоувязанно и. по существу, одновременно. При этом процесс разработки объекта на всех его этапах осуществляется на нескольких логически совмещенных уровнях иерархического построения, путем перехода от макропроектирования к микропроектированию при обеспечении взаимосвязей между ними по мере перехода от первых этапов НИР и поисковых конструкторских работ к заключительным стадиям ОКР. Разные уровни иерархического построения связываются таким образом, чтобы результаты решения их задач на верхних уровнях являлись исходными данными для решения задач на более низких уровнях. Во многом инженерные решения, принимаемые на этих этапах, базируются на фактическом опыте предприятий, полученном при проектировании ранее созданных наземных объектов. Выбор технических решений может быть осуществлен посредством анализа уже разработанных вариантов аналогичных конструкций агрегатов и систем или путем изменения отдельных свойств или параметров найденного аналога. Иногда лучшее решение может быть найдено при преобразовании нескольких аналогов. Однако для обеспечения отдельных требований Заказчика и разработчика ракетной системы (РН, РБ, КА) необходимо проведение поиска и принятие технических решений, ранее не применявшихся в ракетной технике. Инженерная практика показывает, что наиболее оригинальные и эффективные решения отдельных видов оборудования получают тогда, когда они разрабатываются на базе использования последних достижений науки или достижений, полученных в других отраслях отечественной и зарубежной техники. При такой практике проектирования в ряде случаев от специалистов конструкторских предприятий требовался эвристический, а зачастую интуитивный подход к поиску решений возникающих задач. Это нередко способствовало выполнению их на уровне изобретений. При разработке конструкторской документации осуществляют два вида (стадии) проектирования – макропроектирование и микропроектирование. При проведении макропроектирования решаются функционально-структурные вопросы создаваемого объекта. На этой стадии разработки обосновываются принципы и структура построения объекта, состав его оборудования и сооружений, их связи между собой и с ракетой, взаимодействие с внешней средой и другие наиболее сложные вопросы. При проведении микропроектирования разрабатывают элементы агрегатов и систем, входящих в состав оборудования создаваемого наземного объекта. Причем, если разрабатываемые агрегаты и системы по своим конструктивным решениям относятся к сложным системам, их проектирование начинается с решения функционально-структурных вопросов, то есть со стадии макропроектирования. В общем виде разработка наземного объекта и его оборудования представляют собой проектно-конструкторские и расчетно-теоретические решения технических, организационных вопросов и задач, возникающих на всех этапах проводимых работ при выполнении ТТЗ Заказчика и требований разработчика РКН, осуществляемых с участием предприятий, привлеченных к их решению. В ракетно-космической отрасли при создании наземных объектов в соответствии с Г ОСТ 2.103-68 и ГОСТ 2.902-68 приняты следующие этапы (стадии) разработки проектно-конструкторской документации:
В соответствии с требованиями указанных ГОСТов для каждой стадии разработки технической документации устанавливают степень отработки и определяют се вид – литеру. Все виды документов, выпускаемых в конце каждого этапа проектирования и создания объекта, в целях обеспечения требуемого качества строго регламентированы ГОСТами, Положением РК-98-КТ, ведомственными нормативными документами и исполняются в полном соответствии с требованиями Единой системы конструкторской документации (ЕСКД). При этом технические характеристики, содержащиеся в документах, при переходе с этапа на этап, по мере углубления проработок и экспериментальных проверок, оптимизируются и уточняются. При проектировании новых наземных объектов головными конструкторскими предприятиями на начальном этапе разработки технического предложения проводятся поисковые проектно-конструкторские и расчетно-теоретические работы, обеспечивающие выбор варианта разрабатываемого объекта. В этом случае этап разработки технического предложения начинается с анализа (согласования) ТТЗ Заказчика на разработку конкретного объекта и исходных данных (требований), выданных разработчиком РКН; проведения патентных исследований по основным определяющим агрегатам и системам объекта, а также с анализа последних достижений отечественной и зарубежной науки и техники. Результаты этих работ позволяют осознанно приступить к проведению многовариантных поисковых проектно-конструкторских работ по агрегатам и системам, а также по структуре построения объекта, выполняемых на основе различных конструкторских решений и обеспечивающих различные принципы и способы осуществления принятых технологических процессов. Эти работы позволяют укрупненно определить перечень оборудования и строительных сооружений объекта, диапазон их возможных технических характеристик, а также проводимых на нем технологических процессов подготовки РКН к пуску. Разработан-ная техническая документация должна иметь вид, соответствующий требованиям литеры «П», и объем, соответствующий требованиям ГОСТа 2.118-73. Процесс принятия решения на этапе разработки технического предложения иллюстрируется схемой, представленной на рис. 1.5.1.
Такая организация проведения начального этапа проектных работ позволяет по результатам выполненных поисковых конструкторских проработок и укрупненного техникоэкономического анализа всех вариантов выбрать один или несколько вариантов, наиболее полно отвечающих требованиям ТТЗ Заказчика, и рекомендовать его (или их) для более детальной разработки на этапе эскизного проектирования создаваемого объекта (стартовый или технический комплексы, заправочная станция и т.д.). В эскизном проекте рекомендованного варианта наземного объекта на уровне макропроектирования уточняются функциональные требования к агрегатам, системам и сооружениям, а также структура построения объекта; определяются взаимосвязи между наземным оборудованием и РКН; проводятся предварительное технико-экономическое обоснование рекомендуемого варианта, анализ полноты выполнения требований ТТЗ и поверочные расчеты по основным видам оборудования; разрабатываются предварительные программы обеспечения надежности и т.д. При необходимости на этом этапе выполняются экспериментальные работы по моделированию отдельных процессов на маломасштабных моделях. Завершением работ на этом этапе, осуществляемом после согласования рекомендуемого варианта с Заказчиком и разработчиком РКН, являются разработка и согласование головным предприятием технических заданий (ТЗ) на проведение проектно-конструкторских работ по всем агрегатам и системам объекта и выдача их исполнителям для использования и руководства в работе на этапах эскизного проектирования агрегатов и систем и разработки рабочей конструкторской документации. На следующем этапе – эскизное проектирование агрегатов и систем – уточняются их принципиальные конструктивные решения, назначение, построение, основные параметры, устройство и принципы работы оборудования; обосновываются основные характеристики, технические и технологические решения, соответствующие требованиям создания наземного объекта в целом. В составе разрабатываемых документов, в том числе и в разрабатываемом техническом описании, отображаются особенности функционирования и эффективность работы оборудования, а также уточненные оценки технико-экономических показателей; выполнение требований по надежности работы объекта и его оборудования, по воздействию на окружающую среду и т.д. Уточняются программы надежности и обеспечения безопасности эксплуатации, эргономического обеспечения, а также перечень эксплуатационной документации, сетевой график создания объекга и др. Разработанная документация эскизных проектов объекта и его оборудования должна иметь вид, соответствующий требованиям литеры «Э», а объемы – требованиям ГОСТ 2.119-73. После согласования исполнителями разработанных эскизных проектов с головным конструкторским предприятием и Заказчиком эти проекты наряду с ТЗ становятся для них определяющими документами, используемыми на следующем этапе проектирования, при разработке рабочей конструкторской документации. На этапе разработки рабочих чертежей, выполняемой на уровне микропроектирования, разрабатываются рабочие конструкторские и эксплуатационные документы по объекту в целом и отдельным агрегатам и системам, совокупность которых дает полное представление об их устройстве; составе входящих в них узлов и комплектующих элементов; взаимных связях; осуществляемых подготовительных, технологических и вспомогательных процессах. На этом этапе большое внимание уделяется обеспечению требований, изложенных в ЕСКД, ОТТ, ГОСТах и в других нормативных документах, а также вопросам обеспечения заданных параметров разработанного оборудования при их отработке на крупномасштабных моделях или стендах, создаваемых на предприятиях промышленности или на объектах космодрома, и при проведении работ на всех этапах испытаний.
Для обеспечения работ, выполняемых на этапах монтажа оборудования, его испытаний и эксплуатации в соответствии с требованиями нормативных документов, состав конструкторской документации укомплектовывается техническими описаниями оборудования, инструкциями по эксплуатации и техническому обслуживанию, инструкциями по монтажу, формулярами, паспортами, ведомостями ЗИПа. ведомостью эксплуатационной документации и другими документами. После завершения корректировки конструкторской документации, выполненной по результатам проведения автономных, комплексных и летно-конструкторских испытаний, ей присваивается литера «О». Завершающей стадией проектно-конструкторских работ, выполняемых всеми их участниками, является корректировка конструкторской документации с целью устранения выявленных замечаний, полученных на объекте при Государственных испытаниях. После завершения корректировки документации ей присваивается литера «О1». Укрупненная структура этапов разработки и создания наземного объекта представлена на рис. 1.5.2. 1.6. Строительные сооружения и техническое оборудование наземных объектов В составе каждого объекта наземной инфраструктуры ракетной техники имеются различные строительные сооружения. При этом наибольшее внимание уделяется созданию на СК – стартовых сооружений, на ТК – МИКов, на ЗНС – заправочных корпусов. Все строительные сооружения создаваемых объектов предназначаются для:
Такие строительные сооружения, в зависимости от функционального назначения размещаемого в них технологического оборудования, оснащаются необходимыми техническими системами (вентиляции, кондиционирования, освещения, канализации, пожарной защиты, сигнализации, связи, электроснабжения, отопления, молниезащиты и др.). Поэтому в ракетной технике сложилась практика создания наземных технологических объектов, предусматривающая включение в состав их разработчиков головных проектных предприятий, которые со своей кооперацией смежных предприятий обеспечивают разработку проектно-технической документации строительных сооружений создаваемого объекта и необходимого оборудования технических систем. Работа таких проектных предприятий осуществляется в тесном контакте с предприятиями-разработчиками технологического оборудования. В СССР основными головными проектными предприятиями были ЦПИ-20 и ЦПИ-31 Министерства обороны, а также ИПРОмашпром Министерства общего машиностроения. Выполняемая ими работа на всех этапах обеспечивалась научным сопровождением, которое, в основном, осуществлялось 26-ЦНИИ, ВИКА им. Можайского (МО), а также ЦНИИмаш и НПО ТМ МОМа при участии в решении основных принципиальных вопросов головного конструкторского предприятия по созданию конкретного объекта. Выполнение этими предприятиями строительных проектов как боевых, так и космических объектов осуществляется в соответствии с ТТЗ Заказчика с учетом исходных данных и требований по структуре построения объекта и основным видам агрегатов и систем, выдаваемых разработчиками технологического оборудования. В целом объем работ по созданию строительного комплекса включает в себя выполнение изыскательских, расчетных, проектных и конструкторских работ, имеющих целью определение наиболее целесообразных объемно-планировочных и проектных решений генерального плана и всех сооружений создаваемого объекта в соответствии с принятым его структурным построением. Проектирование наиболее сложных строительных сооружений, таких как стартовые сооружения и командные пункты СК, МИК ТК и других сложных сооружений, а также генерального плана объекта выполняются в три этапа, предусматривающих разработку:
Простые сооружения, как правило, проектируются в два этапа – без выполнения технического проекта. При этом работы, проводимые проекциями предприятиями на этапе разработки проектного задания, основываются на принятых решениях по структурному построению объекта и требованиях к строительным сооружениям, нашедших отражение в эскизном проекте создаваемого объекта, разработанном головным конструкторским предприятием и согласованном с Заказчиком. Эти работы выполняются с учетом имеющихся проектных материалов, определяющих оптимальные параметры выбранного для создаваемого объекта земельною участка в заданном районе его размещения, а также с учетом проведенных инженерных, гидрологических, геологических изысканий и сейсмичности этого района. Разработка технического проекта и рабочих чертежей выполняется в соответствии с утвержденным Заказчиком проектным заданием и с учетом уточненных исходных данных и требований по размещению оборудования, его фундаментов, закладных элементов и т.д., выдаваемых головным конструкторским предприятием и разработчиками технологического оборудования после разработки и согласования ими эскизных проектов агрегатов и систем. Проектная документация строительного комплекса разрабатывается в соответствии со строительными нормами и правилами (СНиП) и другими руководящими нормативными документами (ГОСТы, ОСТы, инструкции и др.). Принятые для работы строительные нормы и правила и прочие нормативные документы представляют собой свод общегосударственных документов, регламентирующих этапы и процессы проектирования и строительства сооружений; составление смет; применение строительных материалов, изделий, конструкций, оборудования; организацию и технолог ию строительного производства и т.д. Огги являются обязательными для использования в проводимых работах всеми проектными и строительными предприятиями независимо от их ведомственной подчиненности. Следует отметить, что в отличие от технологического оборудования, которое, за малым исключением, разрабатывается конструкторскими предприятиями заново, техническое оборудование строительных сооружений создается проектно-строительными предприятиями в основном на базе использования оборудования, серийно изготавливаемого в промышленности. С развитием ракетных комплексов происходило развитие и средств строительной техники, которое с самог о начала и на каждом этапе разработки основывалось на достигнутом опыте их создания, опыте проектирования фортификационных сооружений и объектов промышленного и гражданского строительства, а также на использовании научных и технических достижений в этой области техники. На начальном этапе развития ракетных комплексов, при использовании передвижного технологического оборудования стартовых позиций, созданных для ракет Р-1, Р-2, Р-12 и др., наземные технологические объекты имели относительно простые строительные сооружения. На технической позиции были размещены небольших габаритов здания монтажно-испытательного корпуса, командно-измерительных средств и вспомогательные сооружения. Стартовая позиция для этих ракет представляла собой бетонированную площадку, предназначенную для закрепления пускового стола и размещения передвижных агрегатов, используемых для подготовки ракет к пуску. Вблизи этой площадки имелась аппарель, в которой находились оборудование ресиверов сжатых газов, а также средства электроснабжения и управления пуском ракеты. Позже для размещения и работы этого оборудования взамен аппарели на стартовых позициях были построены стационарные здания. Дальнейшее развитие ракетной техники, приведшее к необходимости разработки наземных стационарных и шахтных стартовых комплексов, обеспечивающих повышенные требования к их эксплуатации, значительно усложнило создание строительных сооружений, технологического и технического оборудования. Это в немалой степени было связано с увеличением габаритов и массы ракет, имеющих двигатели с более высокими выходными газодинамическими параметрами, с различием по составу и объемам заправляемых компонентов топлива и с обеспечением принятой технолог ии работ и целевой задачи создаваемого объекта. Как уже отмечалось, основными и наиболее сложными наземными технологическими объектами ракетной техники являются стартовые и технические комплексы и заправочные станции космических ракетных комплексов, их оборудование и строительные сооружения. На стационарных СК основным элементом, определяющим их структурное построение, являются стартовое сооружение или ШПУ с размещенными в них технологическим и техническим оборудованием, которые своими коммуникациями соединены с оборудованием большинства других сооружений объекта, а на ТП основным строительным сооружением является МИК. Постоянно растущие требования Заказчика к повышению эффективности работы вновь создаваемых наземных объектов, а также реализация требований, определяемых параметрами и классом ракет и наземного технологического оборудования, привели к необходимости осуществления индивидуального подхода к созданию сооружений и технического оборудования и поиска различных проектно-конструкторских решений газоотводящих аппаратов стартовых сооружений при обеспечении на каждом из них размещения стартовых (пусковых) систем, принципиально отличающихся по конструкции. При разработке сооружений наземных объектов отдельные возникающие технические задачи по обеспечению принятого технологического процесса решались совместно конструкторскими и проектными предприятиями. Иллюстрацией этого могут служить реализованные решения по обеспечению некоторых технологических процессов, выполняемых на СК, созданных для различных ракет, когда одна часть осуществляемого технологического процесса обеспечивается конструкторскими решениями технологического оборудования, а другая – проектными решениями строительного сооружения. Примерами таких решений являются:
Такой принятый подход к разработке технологического оборудования, строительных сооружений и технического оборудования позволял принимать и реализовывать наиболее рациональные решения как по оборудованию, так и по строительным сооружениям наземных объектов ракетной техники и сокращать общие затраты на их создание. Одной из важных проектных работ является разработка генерального плана объекта. Как уже отмечалось, за основу его создания, как правило, принимается структура построения объекта, выполненная головным конструкторским предприятием на этапе эскизного проектирования создаваемого объекта и согласованная с Заказчиком. На этом этапе в генплане на выбранном участке земли определяются места посадки (размещение) всех сооружений, расстояния между ними, их принципиальные проектные решения и способы защиты от молний; намечаются их взаимные связи (каналы, потерны, эстакады), размещение всех видов дорог и т.д. Планировка стартовой позиции ракеты Р-7А («Союз» и «Молния») на площадке № 31 космодрома Байконур показана на рис. 1.6.1. Планировка других стартовых позиций этой ракеты в целом выполнена по аналогичной схеме с учетом имеющихся различий в части размещения отдельных строительных сооружений и оборудования, глубины газоотводящих лотков и т.д. Другим примером выполнения генплана, а также основных характеристик и размеров различных строительных сооружений стартовой позиции ракеты «Протон», могут служить материалы, помещенные в главе 2, в табл. 2.5.1 и на рис. 2.5.13 и 2.5.14. Разработка генплана выполняется с учетом рельефа местности, проведенных инженерных изысканий и возможных приходящих нагрузок на строительные сооружения объекга, включая нагрузки на СК, возникающие в случае аварийного взрыва заправленной ракеты, находящейся на стартовом сооружении. На последующих этапах проектирования по результатам разработки сооружений и оборудования осуществляется уточнение ранее принятых решений по генплану, в том числе по выбору оптимального размещения сооружений, определяемых, с одной стороны, необходимостью сокращения длины коммуникаций технологического оборудования, каналов, потери и площади, занимаемой объектом, а с другой, при уменьшении их расстояния от стартового сооружения, необходимостью увеличения их защищенности.
К рис.1.6.1.
Одновременно с разработкой генплана проводятся работы по оптимальному размещению технологического оборудования в сооружениях объекта, в помещениях которых обеспечиваются требуемые условия для функционирования технологического оборудования и работы обслуживающего персонала. Создание таких условий обеспечивается объемно-планировочными решениями помещений каждого строительного сооружения и наличием в них необходимого для этого технического оборудования. Поэтажная планировка стартового сооружения РКН «Союз», «Молния» и его помещений дана на рис. 1.6.2 (стрелками в помещениях сооружения показаны пути эвакуации обслуживающего персонала). В сложившейся практике создания наземных объектов используются различные типы строительных сооружений, выполненных в наземном, полузаглубленном и заглубленном вариантах. Наземные сооружения, размещенные на поверхности земли, в основном выполняются в прямоугольном или арочном исполнении, а некоторые – в виде навесов перронного типа. Часть сооружений обваловывается слоем земли. Обваловкой и строительными конструкциями обеспечивается их защита от возможных нагрузок в пределах от 0,1 до 1,0 МПа. Часть технологического оборудования на отдельных наземных стационарных стартовых комплексах размещается без их защиты строительными сооружениями от воздействия внешней среды. Примером является размещение шаровых емкостей и оборудования криогенных систем на стартовых позициях РКН «Энергия–Буран» и «Зенит». Их строительная часть в основном состоит из фундаментов оборудования, поддонов иод емкостями, предназначенных для аварийного слива криогенного продукта, и эстакад для прокладки коммуникаций. В некоторых зарубежных странах на наземных объектах ракетной техники, где круглый год плюсовая температура воздуха, часть оборудования размещается под навесами, предназначенными для его защиты от атмосферных осадков и солнечной радиации. Заглубленными сооружениями в большинстве случаев являются стационарные стартовые сооружения космических ракет среднего и тяжелого классов, нулевая отметка которых находится на уровне, близком к уровню поверхности земли, и шахтные пусковые установки, у которых на этом уровне находятся их защитные устройства (крыши). На стационарных стартовых сооружениях за нулевую отметку, от которой ведут отсчет уровня размещения оборудования и этажей сооружения, как правило, принимают отметку верхнего уровня головок железнодорожных рельсов подъемно-транспортных агрегатов, предназначенных для транспортировки, подъема и передачи ракет на пусковое устройство. В ракетной технике в отдельных случаях создавались полузагубленные стартовые сооружения, выполненные совмещенными с эстакадой, необходимой для обеспечения въезда транспортных средств с ракетой на уровень верхней (нулевой) отметки стартового сооружения и для размещения отдельных агрегатов. Для обеспечения связи оборудования стартового сооружения и командного пункта с оборудованием других основных сооружений объекта создаются строительные конструкции в виде непроходных каналов и проходных потерн, расположенных в земле, а также в виде размещаемых над землей эстакад, в которых прокладываются трубопроводы компонентов топлива, сжатых газов и электрические коммуникации.
– – –
ЭКСПЛИКАЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ (Рис.1.6.2А.)
– – –
ЭКСПЛИКАЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ (Рис.1.6.2Б.)
– – –
ЭКСПЛИКАЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ (Рис.1.6.2В)
– – –
ЭКСПЛИКАЦИЯ ПОМЕЩЕНИЙ (Рис.1.6.2Г)
– – –
– – –
В качестве материалов, используемых в конструкциях строительных сооружений, применяются обычные бетоны различных марок, напряженный железобетон, жаропрочный бетон, полимербетоны, армоцемент, металлы и другие материалы. В зависимости от назначения строительного сооружения его объемно-планировочные решения в значительной мере определяются габаритами и функциональным назначением (спецификой работы) размещаемого в нем оборудования. В связи с этим уже на начальных этапах проектирования для каждого сооружения выбирают наиболее оптимальные конструкции и используемые материалы, а также состав технического оборудования. В сложившейся практике создания строительных сооружений применяют монолитные конструкции с использованием сварных пространственных арматурных каркасов, сеток, прогрессивных видов опалубки, а в целях индустриализации строительства – сборно-монолитные и сборные конструкции и т.д. В ряде случаев в одном и том же сооружении могут быть использованы различные виды как монолитных, так и сборномонолитных и сборных конструкций. Например, силовые конструкции и отдельные перекрытия стартового сооружения выполняются из монолитного армированного железобетона, его ограждающие конструкции – в сборно-монолитном исполнении, а покрытия газоотводящих лотков – из жаропрочного бетона с частичным металлическим покрытием или крытыми чугунными плитами. Непроходные каналы, проходные потерны и некоторые сооружения выполняются из сборных конструкций. Для отдельных вспомогательных строительных зданий, удаленных на значительное расстояние от стартового сооружения, для их несущих конструкций применяется также и кирпичная кладка. Помещения в строительных сооружениях, как правило, подразделяются на три группы:
Во многих помещениях сооружений размещены элементы систем отопления и термостатирования, обеспечивающие их заданный температурно-влажностный режим. Отдельные помещения строительных сооружений в зависимости от находящегося в них оборудования определяются как пожароопасные, взрыво-пожароопасные и взрывоопасные, что нередко приводит к необходимости размещения в них автоматических средств пожаротушения, а также соответствующих средств противопожарного контроля и сигнализации. При этом в зависимости от возможного загрязнения парами компонентов топлива и газами помещения разделяются на «чистые», «условно чистые», «условно грязные» и «грязные», что требует обеспечения в них различных режимов вентиляции, а в отдельных случаях обеспечения режима полной изоляции, который, в основном, создается в ответственных блоках помещений командного пункта (КП), предназначенных для размещения обслуживающего персонала, и осуществляется в экстремальных ситуациях посредством создания и поддержания в них заданного избыточного давления.
Одним из примеров комплексного решения задач по обеспечению пожаробезопасности помещений и защиты оборудования и эксплуатирующего персонала, находящегося в них во время подготовки к пуску и пуска ракет, от возможного воздействия агрессивных паров компонентов топлива могут служить созданные технологические блоки шахтных стартовых позиций ракет Р-12У и Р-14У, для которых потребовалось впервые решать такие задачи. Для их решения в сооружении технологического блока были предусмотрены линии герметизации между зонами размещения оборудования окислителя, горючего, дизель-электростанции, электрощитовой и зонами управления, а также средства газового контроля этих зон. Ситуация на этих объектах усугублялась тем, что агрессивные пары компонентов топлива, выделяемые из баков ракет при их заправке в шахтных сооружениях, отводились и выбрасывались в атмосферу на поверхность земли. Поэтому системы вентиляции были созданы с различными режимами работы и их конструкция исключала возможность смешивания паров окислителя и горючего как внутри сооружения, гак и на поверхности стартовой позиции. Для этого, в частности, взаимное размещение заборных и выбросных элементов систем вентиляции на поверхности земли было определено с учетом розы ветров конкретного района расположения стартовой позиции и необходимого расстояния между ними. Планировка шахтной стартовой позиции ракеты Р-12У и размещение оборудования на одном из этажей технологического блока показаны на рис. 1.6.3 и 1.6.4.
В ряде случаев специфика эксплуатации технологического оборудования в помещениях строительных сооружений требует выполнения специальных мероприятий. Так, например, на стартовой позиции ракеты «Протон» внутренние поверхности стен помещений, в которых размещено оборудование заправки ракеты горючим, выполнены с пожаро-взрывобезопасным покрытием; в помещениях другого сооружения, где находится оборудование заправки окислителем, – с кислотостойким покрытием. При этом сами помещения выполнены с учетом повышенных требований к конструкциям технических систем, работающих в условиях наличия в них соответствующих паров компонентов топлива. Отдельные помещения командного пункта выполнены со звукопоглощающим и звукоизолирующим покрытием. Многие помещения строительных сооружений, в зависимости от их назначения, а также проходные потерны, проектируются с учетом размещения в них автоматизированных или ручного использования противопожарных средств. Конструкция и размещение дверей, люков, аварийного освещения, указывающих транспарантов и других средств выполняются в соответствии с требованиями нормативных документов по обеспечению эвакуации из них обслуживающего персонала в случае возникновения аварийной ситуации. Все сооружения стационарных стартовых позиций и других наземных объектов в соответствии со СНиП, ПУЭ и другими руководящими документами обеспечиваю гея средствами:
Для заглубленных сооружений в большинстве случаев защита от грунтовых вод обеспечивается дополнительно дренажным кольцом, проложенным на уровне ниже отметки подошвы фундаментной плиты, вокруг сооружения и колодца для ее сбора. Вода из колодца откачивается насосной установкой в канализационные каналы, проложенные на поверхности земли и имеющие уклоны, обеспечивающие ее отвод от сооружения. Большое внимание уделено созданию системы силового электроснабжения наземных объектов, средствами которой осуществляется электропитание технологического и технического оборудования. На наземных объектах, имеющих мощные системы термостатирования, электропитание электродвигателей вентиляторов и компрессоров (холодильных машин) обеспечивается трехфазным переменным током частотой 50 Гц и напряжением 6(10) кВ. В то же время другие потребители, в том числе и технологические средства СНЭСТ и ВИП, обеспечивающие спецтоками работу наиболее ответственных потребителей, используют электроэнергию напряжением 380/220 В. При этом потребляемая мощность на некоторых наземных объекгах (в основном на стартовых позициях) составляет значительную величину. Так, например, на стартовых позициях РКН «Союз» она находится в пределах 2500 кВт, для РКН «Протон» – 3400 кВт, а для РКН «Энергия–Буран» – 16000 кВт. В то время как установленная на них мощность электроприемников значительно превышает потребляемую. График потребления электроэнергии на СК РКН «Союз» показан на рис. 1.6.5.
Большое число потребителей электроэнергии на объектах в соответствии со спецификой работы оборудования, правилами устройства электроустановок (ПУЭ), а также нормами качества электроэнергии, определяемыми ГОСТ 13109-97, относятся к потребителям электроэнергии I категории качества, а некоторые из них – к особой категории I-Б. Безопасность работы всех электроустановок на объектах, в том числе защита от статического электричества, обеспечивается их занулением, заземлением, устройствами защитного отключения и другими средствами. Как известно, силовое электропитание наземных объектов напрямую обеспечивается по линиям электропередач (ЛЭП) внешними источниками электроэнергии, которые могут находиться на расстоянии нескольких сотен километров от эксплуатируемого объекта. Ввиду большой протяженности ЛЭП, обеспечивающих передачу электроэнергии напряжением 220, 110, 35 кВ и ниже, при их эксплуатации могут возникать повреждения и короткие замыкания на отдельных участках, что значительно влияет на показатели качества передаваемой электроэнергии, такие как «провал напряжения», «импульс напряжения», «временное перенапряжение» и др., и может явиться причиной сбоев и отказов в работе технологического оборудования объекта. В целях исключения возникающего отрицательного влияния потребовалось осуществлять подачу силовой электроэнергии на наземные объекты, в частности на стартовые позиции, от двух независимых друг от друга источников электроэнергии по двум кабельным вводам, каждый из которых рассчитан на полную нагрузку, а также решать технические задачи по обеспечению бесперебойного электропитания технологических систем, то есть по переходу питания электроэнергией с одного ввода на другой за короткое (заданное) время. Для этого, в свою очередь, потребовалось предусмотреть в системах, потребляющих электроэнергию категорий качества I и I-Б, устройства, обеспечивающие их электропитание от двух электрически не связанных между собой вводов, и практически решить обострившиеся вопросы совместимости электроэнергии, подаваемой от различных источников (отклонение, несинусоидальность, несимметрия напряжения, отклонение частоты и др.). Потребители электроэнергии категории I-Б, аппаратура которых в основном выполнена на базе электронно-вычислительной техники, питаются от отдельной сети, имеющей в своем составе собственные источники электропитания – дизель-электростанции (ДЭС) общей мощностью несколько сотен кВт, размещаемые на объекте. Одна из возможных схем электроснабжения объекта, реализованная на СК РКН «Союз», показана на рис. 1.6.6.
Следует отметить, что в последние годы в целях исключения влияния внешней сети на качество потребляемой электроэнергии был принят ряд решений о приближении источников электроэнергии к эксплуатируемым объектам. Одно из таких решений осуществлено на космодроме Байконур для СК РКН «Союз», где была смонтирована ДЭС 3×1000 кВт, способная обеспечить электроснабжение объекта автономно, то есть независимо от внешней сети. Подобные энергоблоки в заводском контейнерном исполнении эксплуатируются и на некоторых других СК ракет «Союз» и «Протон». Такой подход к решению возникающих проблемных задач был характерен для проектно-строительных предприятий при осуществлении ими всего комплекса работ как по сооружениям, так и по техническому оборудованию наземных объектов. При этом проектные работы, как правило, сопровождались разработкой и внедрением в практику прогрессивных технологий строительства сооружений. Некоторыми примерами созданных технологий могут служить:
Поперечный разрез одного из арочных сооружений, выполненных на СК РКН «Протон» и ряде других наземных объектов, показан на рис. 1.6.9. Использование более совершенных конструкций строительных элементов и технологий их возведения в значительной мере способствовало снижению затрат и времени на создание многих уникальных строительных сооружений, таких как стационарные стартовые сооружения, ШПУ, командные пункты, МИКи на технических комплексах и другие сооружения наземных объектов ракетной техники.
В целом принятые и реализованные схемно-технические и структурные решения как по строительным сооружениям, гак и по техническому оборудованию наземных объектов обеспечили высокую надежность работы при их длительной эксплуатации. Этим участвующие в работах проектно-строительные предприятия внесли свой вклад в дело создания и развития боевой и космической ракетной техники в нашей стране. 1.7. Основные организационные мероприятия Для разработки и строительства ракетного комплекса и его составляющих элементов требуется выполнение многих организационных мероприятий. Как уже отмечалось, по каждому ракетному комплексу, создаваемому в нашей стране с конкретными целевыми задачами, основным руководящим и организационным документом было постановление Правительства, определявшее выполнение необходимых объемов работ и мероприятий по его созданию предприятиями различных отраслей промышленности. Этим постановлением или отдельными решениями соответствующих руководящих органов назначались головные конструкторские предприятия и их генеральные (главные) конструкторы, ответственные за создание с заданными параметрами ракетного комплекса в целом и входящих в него составляющих элементов, определялась кооперация смежных специализированных предприятий по разработке агрегатов и бортовой аппаратуры ракет, а также агрегатов, систем и строительных сооружений наземных объектов. В последние годы в условиях развития рыночных отношений в экономике страны многие организационные мероприятия стали решаться Российским авиационно-космическим агентством, а позднее – Федеральным космическим агентством и головными конструкторскими предприятиями в области создания ракетной техники. При этом требовалось также и осуществление многих организационных мероприятий, способствующих достижению заданной эффективности работы наземных объектов. Такая организация работ на всех этапах их жизненного цикла приводила к необходимости создания на предприятиях и объектах различных рабочих или оперативных групп и межведомственных комиссий по проведению мероприятий, направленных на обеспечение решения возникающих задач и проблемных вопросов по созданию оборудования и строительных сооружений. Следует отмстить, что выполнение работ, проводимых под руководством ГСКБ Спецмаш в конце 40 – начале 50-х годов прошлого века по созданию в нашей стране первых наземных объектов ракетной техники осложнялось тем, что они обеспечивались на начальном этапе небольшим количеством предприятий различных отраслей промышленности, имеющих малочисленный состав сотрудников: ГСКБ Спецмаш (ныне КБОМ) – 47 человек, ГСКБ Дормаш (ныне КБТМ) – 21 человек. Такое же положение было и на других предприятиях. По мере развития ракетной техники и возрастания требований Заказчика было необходимо значительно расширять кооперацию предприятий, участвующих в этих работах, а также проводить организационные мероприятия по последовательному развитию и становлению головных и других конструкторских предприятий и отдельных заводов промышленности. Такими основными мероприятиями были:
При этом головные конструкторские предприятия принимали участие в таких работах, как:
Все это, а также выполнение проектно-конструкторских работ по проектированию новых наземных объектов ракетной техники привело к необходимости значительного качественного и количественного роста сотрудников на многих предприятиях, участвующих в таких работах. Для обеспечения разработки и создания каждого ракетного комплекса и его составляющих элементов на каждом этапе их жизненного цикла требовалось проводить комплексное планирование всех видов выполняемых работ и мероприятий. На первых этапах создания ракетной техники планирование всех работ, выполняемых на создаваемом объекге, осуществлялось на основе использования линейных графиков, разработанных предприятиями. По мере усложнения конструкций оборудования создаваемых объектов и увеличения количественного состава оборудования, одновременно участвующего в проводимых работах, на этапах разработки, строительства и эксплуатации объектов начали возникать многие задачи, решение которых с использованием линейных графиков стало затруднительно. В начале 60-х годов при планировании различных работ широкое распространение получили сетевые графики (сетевые модели), с помощью которых появилась возможность значительно эффективнее решать более сложные задачи планирования. В общем виде сетевой график представляет собой схемное графическое изображение, выполненное в виде узлов и стрелок, отображающих весь комплекс планируемых мероприятий и работ, их взаимосвязи и параметры. В нем отражаются порядок и последовательность осуществления, сроки начала, окончания, продолжительность работ, резервы времени и др. Такой сетевой 1рафик позволяет наглядно отобрази ть структуру выполняемого объема работ, взаимосвязи между его элементами и влиять на ход его реализации. В работах по созданию ракетно-космической техники широкое распространение получила сетевая модель, названная методом критического пути (Critical Path Method – CPM). Пример такой сети для шести работ представлен на рис. 1.7.1.
В этой сети работы и время, необходимое для их выполнения, показаны стрелками, а в узлах сети, изображенных кружками, отражены события, обозначающие фиксированные моменты окончания всех предшествующих и начала последующих работ. Позднее для выполнения отдельных видов работ были созданы сетевые модели, получившие названия: метод анализа и оценки программ; метод анализа и графической оценки; метод, описывающий функционирование асинхронных автоматов, и др. В конце прошлого века в практике комплексного планирования процесса создания ракетных комплексов ряд головных фирм по КК в целом, с привлечением других головных предприятий по отдельным его составляющим, начали осуществлять работы по созданию бизнес-планов, охватывающих все этапы их жизненного цикла. Такой комплексный бизнес-план, разработанный на основе проведенного всестороннего анализа основных положений, определяющих создание конкретного комплекса, содержит экономические оценки всех видов выполняемых на нем технических и организационных мероприятий и работ, а также рекомендации по срокам завершения отдельных этапов работ, кооперации участников их выполнения, ожидаемым затратам, прибылям и др. Разработка такого бизнес-плана выполняется на основе достигнутого уровня развития ракетной техники. Его задачами являются выработка рекомендаций по устранению выявленных слабых сторон и обеспечение сбалансированности решаемых задач с возможностями их финансирования. Разработанный в оптимальном объеме бизнес-план дает возможность определить рациональные способы достижения заданных целей и эффективности создаваемого ракетного комплекса или его наземных объектов; временные этапы и средства, необходимые для их реализации, а также возможный риск при его осуществлении. Обеспечение более эффективного управления проводимыми работами привело к необходимости изменения существующих средств связи и способов передачи информации между предприятиями и объектами. Используемые до настоящего времени на наземных объектах отечественных космодромов аналоговые средства громкоговорящей, шлемофонной и телефонной связи, а также средства обзорного телевизионного наблюдения, созданные несколько десятков лет назад, в настоящее время в неполной мере обеспечивают решение ряда предъявляемых к ним современных требований, в частности требований по обеспечению более широкого сервиса средствами связи и теленаблюдения, предъявляемых иностранными фирмами и отечественными коммерческими структурами, участвующими в работах на объектах при подготовке к запуску их КА. Учитывая это, а также состояние отдельных наземных объектов и все более возрастающие требования к надежности проводимых работ по подготовке к пуску РКН, Заказчиком и разработчиками наземных объектов была выявлена целесообразность и необходимость создания системы телекоммуникационного обеспечения в составе комплектов средств цифровой телефонии, радиосвязи, локальных и глобальных вычислительных сетей, структурированных кабельных сетей и средств защиты информации. Поэтому отдельными головными конструкторским и предприятиями в последние годы в соответствии с решениями Федерального закона РФ № 24-ФЗ 1995 г. «Об информации, информатизации и защите информации» и с директивными указаниями Росавиакосмоса были начаты работы по созданию и внедрению в практику работ на предприятиях и на объектах космодромов новых систем средств комплексной связи и информатизации. Такие новые системы выполняются в составе единой отраслевой информационной сети на основе цифровых систем, волоконно-оптических коммуникаций и релейных станций, обеспечивающих передачу информации на большие расстояния в виде цифровых потоков, по существу, без искажений и с соблюдением требований по защите передаваемой информации. Использование в полном объеме в проводимых работах систем связи и информатизации, при их совместимости с имеющимися средствами связи на всех основных предприятиях, участвующих в разработке технической документации и изготовлении оборудования, а также при создании и эксплуатации наземных объектов позволяет объединить эти средства по цифровым потокам в единую отраслевую систему, обеспечивающую полный комплекс современных услуг по обмену информационными потоками полициям телефонной и телевизионной связи, передаче видеоизображений с объектов на предприятия и наоборот, а при необходимости – в коммерческое телевидение, Интернет и др. Эти средства позволят проводить более широкий мониторинг на всех этапах работ на неограниченном расстоянии с центров связи отрасли или головного конструкторского предприятия и обеспечить высокий уровень сервиса всех видов связи, проведение селекторных совещаний и при необходимости видеосвязь, высококачественную междугороднюю и международную связь, голосовую почту, обработку и обмен техническими данными и принимаемыми решениями между предприятиями и объектами космодромов, использовать единый на предприятии и отрасли банк данных. Все это даст возможность перейти к безбумажным технологиям проводимых работ. Имеющиеся возможности указанных систем позволяют в случае возникновения сложных технических задач или аварийных ситуаций на объектах, подключать к их более быстрому решению или консультациям высококвалифицированных специалистов различного профиля, находящихся вне объекта – на своих предприятиях. Это, с одной стороны, обеспечит более качественное решение возникающих задач, а с другой – позволит уменьшить количественный состав специалистов, командированных на объекты для инженерного сопровождения проводимых на них работ. Другим преимуществом таких систем является то, что они позволят головному конструкторскому предприятию более эффективно контролировать и осуществлять курирование работ, выполняемых смежными предприятиями на всех этапах жизненного цикла объекга. Основные направления работ, выполняемых головным конструкторским предприятием по созданию наземных объектов при участии смежных предприятий и требующих осуществления значительного объема организационных работ, отражены на схеме рис. 1.7.2. При создании отдельных агрегатов или систем схема взаимодействия и направлений работ, выполняемых разработчиками, во многом близка к той, которая представлена для создания объекта в целом. Такая схема создания отдельных видов оборудования основывалась на обеспечении требований, изложенных в ТЗ головного конструкторского предприятия, и на учете специфики работ, проводимых при их эксплуатации на создаваемом объекте, и осуществлялась каждым предприятием – головным разработчиком агрегата или системы с привлечением к выполняемым работам своей кооперации смежных предприятий.
Окончательным этапом создания ракетного комплекса в целом являются его летно-конструкторские и Государственные испытания, проводимые совместно с испытаниями созданных в его составе технологических наземных объектов. Такие испытания обычно проводятся при использовании имеющихся на космодроме различных технических средств (средств подачи воды и электроэнергии, азотно-кислородного завода, транспортных средств и др.). При получении положительных результатов по испытаниям всех элементов, составляющих ракетный комплекс, руководящими органами страны принимаются решения о передаче его в эксплуатацию соответствующим ведомствам для реализации целевой задачи или об организации строительства (тиражирования) на других объектах. В создании и развитии боевой и ракетно-космической техники в нашей стране приняли участие многие предприятия различных отраслей промышленности страны, которые выполняли эти работы в основном под общим руководством головных предприятий Комитета по оборонной технике, а позже – Министерства общего машиностроения, осуществляемых совместно с организациями и управлениями отдельных родов войск Министерства обороны СССР и России. В последние годы головная роль по развитию КРТ в нашей стране была возложена на специальную отрасль промышленности, возглавляемую Российским авиационно-космическим агентством, а позже Федеральным космическим агентством. 1.8. Космодромы и их наземная инфраструктура В мировой практике экспериментальные ракетные комплексы, как правило, создаются на космодромах (за рубежом их называют ракетными полигонами или ракетными испытательными центрами). Космодром – это ракетный научно-технический и испытательный центр, включающий в себя различные по назначению наземные технологические объекты ракетной техники и их оборудование, а также объекты и средства вспомогательного и социального назначения, размещенные на выделенной для него территории и предназначенные для проведения экспериментальных работ, обеспечивающих получение требуемых параметров по всем составляющим элементам вновь создаваемых ракетных комплексов в целом, достижение заданной эффективности выполнения их целевых задач, а также эксплуатацию созданных на нем ракетно-космических комплексов и запуск с них КА на заданные орбиты. Для создания космодрома большое значение имеет выбор места его расположения, на который влияют многие факторы, такие как трассы полета и выбранные поля падения отработанных частей РН; сейсмичность района; механические характеристики грунта; наличие и состояние грунтовых вод; наличие рек или водоемов, необходимых для систем водоснабжения создаваемых объектов; климатические и метеорологические условия и др. На структуру построения и состав объектов космодрома существенное влияние оказывают геофафические координаты его расположения, объем выполняемых отечественных и международных профамм, номенклатура (класс) применяемых ракет, уровень развития техники и состояние экономики государства. В укрупненном виде типовой состав наземной космической инфраструктуры космодрома показан на рис. 1.8.1.
В составе космодрома находятся наземные объекты технических и стартовых комплексов ракетных комплексов различного назначения; средства наземного комплекса управления и комплекса посадки и обслуживания, а также наземные и водные поля падения отработавших частей РН; железнодорожные и фунтовые (бетонные) дороги, обеспечивающие примыкание к транспортным дорогам страны; жилой город; объекты социального и культурного назначения; аэродром; кислородно-азотный завод; хранилища отдельных видов ракетного топлива; системы энерго-, водо- и теплоснабжения; системы внутренних транспортных коммуникаций и т.д. В состав ряда зарубежных полигонов, которые расположены в прибрежных зонах океанов, включены морские средства транспортировки блоков ракет и оборудования, а также морские причалы. Как отмечалось ранее, СССР и США первыми стали создавать у себя ракетные полигоны для отработки создаваемой ракетной техники и обеспечения пусков баллистических ракет. Первым действующим ракетным полигоном в нашей стране стал Государственный центральный полигон, названный Капустин Яр, создававшийся в Астраханской области поэтапно с конца 40-х годов прошлого века. Этот полигон был основной базой для отработки и проведения наземных и летных испытаний первых отечественных баллистических ракет всех видов и ряда зенитных комплексов класса «земля–воздух». На нем прошли отработку ракеты и наземные объекты таких ракетных комплексов, как Р-1, Р-2, Р-5М, Р-11, а позднее – Р-12, Р-14 и др. С него были проведены пуски первых геофизических ракет по программе «Вертикаль», запуски искусственных спутников Земли (ИСЗ) по программам «Космос» и «Интеркосмос», некоторых ИСЗ Индии и Франции, и до настоящего времени обеспечиваются запуски отдельных КА легкого класса. Положение значительно изменилось, когда начались работы по созданию ракетного комплекса для межконтинентальной ракеты Р-7, дальность полета которой превышала 8000 км. Для проведения летно-конструкторских испытаний ракеты Р-7 требовалось отчуждение новых территорий, предназначенных для падения на них отработанных ступеней РН, создания и размещения в новых районах командно-измерительных пунктов и т.д. Технические возможности полигона Капустин Яр по ряду параметров не позволяли использовать его для испытаний такой ракеты. Поэтому потребовалось создание в СССР нового полигона. В соответствии с постановлением Правительства СССР в 1955 году было начато строительство нового ракетного полигона НИИП-5 в районе железнодорожной станции Тюра-Там в Кзыл-Ординской области Казахской ССР, позднее получившего название Байконур. Первый успешный пуск ракеты Р-7 с СК полигона Байконур был произведен в августе 1957 года. В последующем полигон использовался для отработки многих ракетных комплексов различного назначения и для запусков КА среднего и тяжелого классов в соответствии с космическими программами СССР и России. Всего на этом космодроме было создано 9 СК, в состав которых входили 15 пусковых установок, предназначенных для обеспечения пусков РН «Союз», «Молния», «Циклон-3», «Протон», «Энергия», «Зенит», «Днепр», «Рокот»; 11 монтажно-испытательных корпусов, предназначенных для размещения оборудования ТК, обеспечивающих проведение предстартовой подготовки РН, РБ и КА; 3 заправочно-нейтрализационные станции; измерительный комплекс, предназначенный для контроля и управления полетом РКН; СК межконтинентальных баллистических ракет; необходимая наземная инфраструктура и социально-бытовые и культурные объекты. С этого космодрома были обеспечены запуски первого искусственного спутника Земли, осуществлен полет первого человека в космос, запуск первого в нашей стране многоразового орбитального корабля, всех орбитальных станций, грузовых КА, а также всех космических кораблей с отечественными и зарубежными космонавтами, запускаемых с территории СССР, а позднее – с территории Казахстана. Размещение основных объектов на космодроме Байконур показано на рис. 1.8.2.
Стремительное развитие ракетной техники и необходимость обеспечения требуемой обороноспособности страны привели к принятию руководящими органами страны решения о создании на севере европейской части страны, в районе поселка Плесецк Архангельской области, четырех стартовых и технических позиций для ракеты Р-7, разработка и строительство которых были начаты в конце 50-х годов прошлого столетия. В последующем на базе этих наземных объектов был создан еще один ракетный полигон, названный Плесецк. На этом полигоне размещены 8 СК и ТК, обеспечивающие пуски РКН «Космос», «Циклон», «Союз», «Молния», «Рокот» в интересах науки, народного хозяйства и повышения обороноспособности страны; наземные и передвижные комплексы, предназначенные для испытаний баллистических ракет, а также необходимая для проведения работ наземная инфраструктура. Космодром Плесецк до настоящего времени обеспечивает пуски ракет легкого и среднего классов. Размещение основных объектов на космодроме Плесецк показано на рис. 1.8.3. Позднее многие ранее созданные наземные объекты боевых ракетных комплексов, размещенные на этих полигонах, были реконструированы и на их базе созданы КРК, предназначенные для выполнения космических программ страны и для использования в коммерческих целях. Как уже отмечалось, в последнее десятилетие прошлого столетия, в связи с тяжелым экономическим положением в стране, не выделялись в необходимых объемах средства на проведение капитального ремонта наземных объектов ракетной техники. Поэтому многие наземные объекты на космодромах полностью, а некоторые многократно выработали свой технический ресурс. Это потребовало от предприятий промышленности огромных усилий для реализации ряда предложенных мероприятий по обеспечению на этих объектах с минимальными затратами надежной подготовки к пуску РКН.
Одними из ближайших задач эксплуатации и развития космической техники в нашей стране, помимо поддержания работоспособности наземных объектов, являлись модернизация наземных объектов РН «Союз» и «Протон» для обеспечения с них соответственно пусков РКН «Союз-2» и «Протон-М», а также создание КРК «Ангара». В настоящее время запуски всех типов КА в соответствии с Федеральной космической программой России и запуски на коммерческой основе зарубежных КА в основном обеспечиваются с космодрома Плесецк и с арендуемого у Казахстана космодрома Байконур. В 1996 году статус космодрома в нашей стране получил ракетный объект, ранее созданный в интересах РВСН Министерства обороны на территории Амурской области Хабаровского края, названный космодромом Свободный, находящийся в настоящее время в стадии развития. С него были запущены КА легкого класса с помощью РКН «Старт», проводятся работы по обеспечению запуска КА легкого класса с помощью РКН «Стрела» и рассматривается возможность размещения на нем перспективных КРК. Размещение основных объектов на космодроме Свободный показано на рис. 1.8.4.
В США с конца 40-х годов прошлого века также велись работы по созданию ракетных полигонов для использования их в интересах министерства обороны и в исследовательских целях. Для отработки ракетной техники ими была создана наземная испытательная база, основу которой составляли четыре испытательных центра (ракетные полигоны):
Космический центр им. Кеннеди и Восточный испытательный полигон расположены на побережье Атлантического океана США. Они примыкают друг к другу, подчинены соответственно НАСА и министерству обороны и имеют самостоятельные технологические комплексы. Космический центр им. Кеннеди является основным космодромом НАСА, с которого осуществляются запуски КА только по его программам. На Восточном испытательном полигоне были созданы наземные технические средства, предназначенные как для отработки боевых баллистических ракет, так и для отработки и обеспечения пуска РКН, способных выводить на космические орбиты КА среднего и тяжелого классов. Поэтому запуски КА по программам НАСА, по согласованию с МО, осуществляются и с отдельных СК Восточного испытательного полигона. С этих двух ракетных центров (полигонов) были осуществлены запуски первого американского искусственного спутника Земли «Эксплорер-1» и первые пуски РН «Тор», «Атлас», «Титан»; стартовали пилотируемые корабли «Меркурий», «Джемени» и лунные экспедиции. Совместные запуски КА в отдельных публикациях называют как работы, осуществленные ракетной станцией ВВС на мысе Канаверал. На Восточном испытательном полигоне также осуществлялись отработка и пуски боевых ракет «Першинг», «Минитмен», «MX» и др. Позже созданные на этих полигонах отдельные СК были переоборудованы для обеспечения запуска с них других КА. Так, например, стартовый комплекс № 39 на космодроме им. Кеннеди, обеспечивший запуски космических экспедиций с помощью РКН «Сатурн-5», был переоборудован для обеспечения запуска многоразовых КА, осуществляемых с помощью МТКС «Спейс шаттл», а СК № 37 на Восточном испытательном полигоне был переоборудован для обеспечения запуска с него КА, осуществляемых РКН «Делта-4», и др. Размещение наземных объектов на этих полигонах показано на рис. 1.8.5. Исследовательский центр на острове Уоллопс расположен в Атлантическом океане и частично на восточном побережье штата Виргиния США. В последнее время он является одной из главных научно-исследовательских баз НАСА по отработке и пуску исследовательских ракет и запуску малых искусственных спутников Земли, выводимых на орбиты РН «Скаут», и др. Размещение этого центра показано на рис. 1.8.6.
Западный испытательный полигон расположен на побережье Тихого океана США. В него входят испытательная база Ванденберг, полигоны Пойнт-Мугу, Пойнт-Аргуэльо и внутренний полигон, на которых сосредоточено 11 стартовых комплексов, включающих в себя 20 стартовых площадок. Испытательная база Ванденберг и полигон Пойнт-Аргуэльо использовались для запуска КА военного назначения «Дискавери», «Мидас», «Самос» и других аппаратов такого же назначения, созданных в более поздние сроки. В составе Западного испытательного полигона созданы наземные средства, обеспечивающие возможность пуска с них РКН «Атлас» и «Титан», включая РН «Титан-4», МТКС «Спейс шаттл», РН «Скаут», а также боевых ракет «Минитмен» и др. Размещение наземных объектов на Западном испытательном полигоне показано на рис. 1.8.7. Результаты работ по созданию ракетных полигонов, как и работ по развитию ракетной техники в целом, выполненных в СССР и США, были в последующем использованы многими странами мира при создании собственной ракетно-космической техники. Значительных успехов в освоении космического пространства достигла Франция, создав вначале в пустыне Сахара на территории Алжира ракетный полигон Хаммагир. С этого полигона в 1965 г. был выведен на орбиту первый французский спутник «Астерикс-1», а в последующем – ряд других спутников. Тем самым Франция после СССР и США стала третьей страной мира, обеспечившей вывод собственного КА на орбиту Земли. В дальнейшем Франция совместно с другими странами Европы развернула строительство Гвианского космического центра (космодрома Куру) на северо-западном побережье Южной Америки во Французской Гвиане, прекратив эксплуатацию полигона в Алжире. Космодром Куру в настоящее время оснащен одним стартовым и одним техническим комплексами для РКН «Ариан-5». На первом этапе с него были проведены запуски КА с помощью РН типа «Диаман», «Европа-2», а в последующем – с помощью РН семейства «Ариан». Панорама СК РКН «Ариан-5» показана на рис. 1.8.9.
Следует отметить, что Европейским космическим агентством (ЕКА) в 2003 г. было рассмотрено и принято решение о совместном создании и эксплуатации предприятиями России и Европы в Гвианском космическом центре стартового и технического комплексов, обеспечивающих запуски КА с помощью российской РКН «Союз-СКТ» с разгонным блоком «Фрегат». В Японии для реализации собственных космических программ создано и оснащено современным технологическим и испытательным оборудованием три космодрома – Кагосима, Такссаки и Танегасима и несколько научно-исследовательских центров. Космодром Кагосима расположен на острове Кюсю Японии на побережье Тихого океана, а космодром Танегасима несколько южнее, на небольшом острове, носящем такое же название. Космодром Такесаки используется редко. Он расположен к юго-востоку от космодрома Танегасима. Размещение сооружений на космодроме Танегасима показано на рис. 1.8.10.
Япония создала свои ракетно-космические средства, в том числе РН «Ламбда-4», «Ми», «М-5», Н-1», «Н-2», спутники связи, метеорологии и т.д. Свой первый искусственный спутник она вывела на орбиту Земли в феврале 1970 г. с помощью РН «Ламбда-43». В Китае (КНР) активно используются три космодрома:
С этих космодромов, оснащенных необходимой наземной инфраструктурой, обеспечиваются пуски всех китайских РН серии CZ («Большой поход»). Свой первый искусственный спутник Земли «Чайна-1» китайцы вывели на орбиту с помощью РН CZ-1 («Большой поход-1») в апреле 1970 г. В Индии для проведения испытаний собственной ракетной техники в 1971 г. был создан и эксплуатируется космодром Шрихарикота, расположенный севернее г. Мадраса. Космодром имеет в своем составе стартовые и технические комплексы, обеспечивающие пуски РН легкого класса (SLV и ASLV) и среднего класса (PSLV). Первый запуск искусственного спутника «Рахини» на орбиту Земли Индия осуществила с помощью РН SLV-3 в июне 1980 г. Свои космические исследовательские центры, обеспечивающие запуски геофизических ракет и небольших по масштабам баллистических ракет, созданы в Австралии, Бразилии, Израиле, Ираке, Канаде, Северной Корее, Швеции и Южно-Африканской республике. В последние годы все более значительную роль в освоении космического пространства стали играть страны Западной Европы, объединенные в Европейское космическое агентство (ЕКА), членами которого являются: Англия, Бельгия, Германия, Дания, Ирландия, Италия, Канада, Нидерланды, Франция, Швеция и Швейцария. Основная задача этого агентства создание и эксплуатация космических средств на коммерческой основе. Ее члены участвуют в космических программах по собственному выбору и сами определяют долю своего участия. В конце XX века в мире активно использовалось 12 ракетных полигонов, обеспечивающих пуски ракет космического назначения различных типов и классов. В большинстве случаев они расположены на побережье океанов, и только космодромы России и Китая расположены в глубине континента. Следует отметить, что в конце прошлого столетия совместными работами предприятий России, Украины, фирм США и Норвегии на коммерческой основе был создан и начал эксплуатироваться морской плавучий тип космодрома, обеспечивающий запуски КА с помощью российско-украинской РН «Зенит-ЗSL». Такой космодром, довольно сложный в эксплуатации, получивший название «Си Лонч», включает в себя СК, размещенный на плавучей океанской платформе «Одиссей», и сборочно-командное морское судно (СКС), а также наземный комплект оборудования, расположенный на территории калифорнийской гавани Лонч-Бич на тихоокеанском побережье США.
Основным преимуществом этого ракетного комплекса по сравнению с наземными РК и морским стационарным РК «Сан-Марко» является возможность запуска КА на геостационарные орбиты непосредственно из экваториальных вод Тихого океана. Полученный опыт эксплуатации космодромов, созданных и создаваемых в различных странах мира, и общая тенденция их развития позволяют сделать вывод, что перспектива их дальнейшего рационального и эффективного использования лежит в тесном и взаимовыгодном сотрудничестве всех космических стран мира и в осуществлении ими, наряду с решением собственных задач, международных космических программ. Литература
Сведения об авторах главы
Авторы настоящей главы выражают благодарность за участие в подборе отдельных материалов и иллюстраций, а также за подготовку материалов главы к печати следующим сотрудникам КБОМ: Токареву Ю.М., Цуканову Е.Т., Веселову М.В., Тубольцеву Л.Н., Труфанову В.П., Балаеву А.А., Сидневой Н.И., Бондарь Т.П., Гудзь Н.Г., Булатовой С.Д., Петровой В.Г., Гарбарчик Е.Ю., Леоновой Т.Т., Зеловой В.Е.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
для объектов, где РКН заправляется низкокипящими компонентами топлива:
