Под общ. ред. И.В. Бармина
Технологические объекты наземной инфраструктуры
ракетно-космической техники
(Книга 1)

Москва 2005

Наш адрес: ruzhany@narod.ru

   

ГЛАВА 4
Технические позиции и технические комплексы ракетной техники. Инженерные основы их создания

Д.К. Драгун, В.В. Козьмин, В.В. Филатов

4.1. Создание и использование технических позиций
и технических комплексов. Краткая историческая справка

Первые технические позиции (ТП), предназначенные для технологической подготовки к пуску боевых ракет Р-1 и Р-2, были созданы в нашей стране в 1947 году на полигоне Капустин Яр. Позже были созданы ТП для других боевых ракет на полигонах Капустин Яр, Байконур и Плесецк. При этом стыковка головных частей с ракетой в отдельных случаях осуществлялась на стартовой позиции (СП).

После завершения отработки ракетных комплексов на полигонах и передачи их на вооружение Советской Армии ТП наряду с СП создавались во всех вновь строящихся боевых позиционных районах, эксплуатируемых ракетными войсками.

С началом освоения космического пространства и появления в составе РКН наряду с РН различных РБ и многих КА и КГЧ объем выполняемых технологических работ, обеспечивающих их подготовку, значительно увеличился. Это привело к целесообразности создания отдельных технических комплексов (ТК), обеспечивающих взаимоувязанную технологическую подготовку всех составных частей РКН и РКН в целом. Оборудование ТК размещалось, в основном, в имеющихся строительных сооружениях.

Технические комплексы РН, РБ, КА и КГЧ представляют собой один из основных элементов ТП, которая, в свою очередь, является охраняемым участком местности позиционного района космического ракетного комплекса, оборудованного в инженерном и геодезическом отношениях, с размещенными на нем сооружениями, технологическими и техническими системами, коммуникациями, запасами РН, РБ, КА, компонентов топлива, газов, материалов и ЗИПа.

В соответствии с терминологическим определением (ГОСТ В 25760-83) ТК представляет собой совокупность технических средств и сооружений с техническими системами (обеспечивающими «жизнедеятельность» данных сооружений), предназначенных для приема, проверки, сборки и поддержания в готовности изделий ракетно-космического назначения.

ТП и ТК с момента их возникновения и до настоящего времени прошли несколько характерных этапов развития.

Первый этап создание ТП, начавшийся с появления первых боевых ракет (Р-1, Р-2, Р-5, Р-12, Р-14, а также Р-7, УР-500 и первых КА), завершился в начале 70-х годов.

ТП, создаваемые на этом этапе под руководством ГСКБ Спецмаш (КБОМ) совместно с ОКБ-1 НИИ-88, ОКБ-586 и ОКБ-52, отличались большим объемом проверок, выполняемых при подготовке ракет к пуску на полигонах и при эксплуатации в войсковых частях, которые во многом повторяли испытания, проводимые на заводах-изготовителях.

Технологическое оборудование ТП, как правило, было предназначено для испытаний конкретных ракет. Такое направление развития ТП было оправдано на начальном этапе создания ТК, по стало неприемлемым, когда объем отрабатываемых РБ и КА увеличился в несколько раз. В 70-х годах под руководством КБОМ, филиала № 2 ОКБ-52 (ныне ФГУП «ОКБ «Вымпел») и КБТМ с участием разработчиков РН, РБ и КА были реконструированы и созданы ТК РН «Союз», «Протон-К», «Космос», «Молния», «Циклон-1», «Циклон-2», которые успешно эксплуатируются до настоящего времени. Позже были созданы ТК РБ 11С861 для РН «Протон-К» и ТК связных спутников «Грань», «Горизонт», «Молния» и других спутников народнохозяйственного и оборонного назначения.

Второй этап был осуществлен с начала 70-х до конца 80-х годов. На этом этапе под руководством НПО «Энергия» с участием КБ «Мотор» была создана ТП для РН «Н-1» и КА «Л-3», которая в последующем с привлечением НПО «Молния» и КБОМ была модернизирована и дооборудована ТК для обеспечения подготовки к пуску РН «Энергия» и ОК «Буран», а также для проведения технологических работ с ОК после его посадки на аэродром. Тогда же под руководством КБТМ с участием ОКБ-586 был создан ТК для РН «Зенит».

Для этого этапа характерны интенсивное развитие ТК КА, созданных ФГУП «ОКБ «Вымпел», а также бурное внедрение достижений космической техники в народное хозяйство. В связи с небольшим в то время сроком существования КА на орбите (от 3 до 5 лет) в этот период было построено большое количество ТК для КА, выводимых на орбиты уже созданными РН.

При этом объем работ, выполняемых на космодроме при отработоке РН, РБ, КА, практически не изменился. РКН и их составляющие элементы проходили, как и ранее, такой же объем электрических и пневмовакуумных проверок, как и на заводах-изготовителях. В связи со значительным увеличением объема работ, особенно по КА, создаваемое технологическое оборудование уже не могло быть узкоспециализированным, за исключением оборудования, используемого при отработках РН.

Проектирование почти всего технологического оборудования для отработки КА проходило с учетом его использования не только для конкретного КА, по и при отработке других однотипных КА. Такой же подход был принят для обеспечения работ с однотипными РН («Союз» и «Молния», «Протон-К» и «Протон-М»).

На том этапе предприятиями ОКБ «Вымпел», КБ «Мотор» и КБТМ было спроектировано значительное количество универсального оборудования, которое успешно эксплуатируется в настоящее время в составе действующих ТК.

Термин «техническая позиция» был характерен для ранних стадий развития космической отрасли, когда и РН и КА разрабатывались одним Главным конструктором.

В настоящее время этот термин потерял свою актуальность вследствие ряда причин:

• увеличилось количество главных конструкторов – разработчиков РН, РБ, КА и не определено по ним головное предприятие;
• термин «техническая позиция» не подтвержден никаким нормативным документом;
• все испытания РН, РБ, КА, выполняемые на космодроме до вывоза РКН на СК, проводятся в соответствии с требованиями ТТЗ на ТК РН, РБ, КА и реализуются их оборудованием при выполнении на них принятых технологических процессов.

Поэтому далее по тексту в основном используется термин «технический комплекс».

Третий этап – с начала 90-х до начала 2000-х годов характеризуется значительным сокращением работ в космической отрасли в связи с резким уменьшением объема финансирования и сокращением количества вновь создаваемых РН, РБ, КА. Изменился и подход к выполнению работ на ТК, что особенно характерно для ТК КА.

КА поступают сразу на космодром и проходят назначенный объем электрических тестовых проверок и проверок на герметичность безбарокамерным методом, заправку компонентами топлива и газа, полную сборку КГЧ.

Технологическое оборудование, используемое при подготовке КА и РБ, базируется в основном на оборудовании, спроектированном в конце 80-х годов и доработанном в части требований по чистоте.

В последние годы, в связи с ограничением финансирования на развитие космической отрасли, наряду с обеспечением принятой космической программы, была сделана ставка на предоставление Российской Федерацией услуг по запуску КА иностранных заказчиков. Для этого были модернизированы РН «Протон» под «Протон-М» и «Союз» под «Союз-2», созданы новые РБ – «Бриз-М», «Фрегат». В настоящее время ведется проектирование экологически чистой РН «Ангара».

В связи с ужесточением требований по чистоте для обеспечения работ с КА зарубежных заказчиков была проведена модернизация существующих МИКов на различных площадках космодрома Байконур (соор. 92А-50) пл. 92, соор. 31-40 пл. 31, МИК пл. 112, МИК объекта 254).

4.2. Технические комплексы космодрома Байконур

ТК по подготовке составных частей РКН впервые появились на площадке 2 космодрома Байконур и обеспечили подготовку к запуску:

• РН «Восток», «Восток-М», «Восход», «Союз», «Союз-У», «Союз У-2», «Молния», «Зенит»;
• космических кораблей «Восток», «Союз», «Союз-Т», «Союз-ТМ», грузовых кораблей «Прогресс» и «Прогресс-М»;
• систем аварийного спасения для кораблей «Союз»;
• долговременных орбитальных станций «Салют-1», «Салют-4», «Салют-7» и «Мир»;
• КА серии «Космос»;
• разгонных блоков «Л», «МЛ», «Д» и «ДМ».

В дальнейшем ТК создавались на площадках 31, 45, 92, 112 и др. для подготовки к запуску космических объектов по программе научного и народнохозяйственного назначения: «Электрон», «Прогноз», «Луна», «Марс», «Венера», «Зонд», «Вега», «Фобос У»; космических телескопов «Астрон», «Гранат» и «Гамма»; головных блоков корабля «ЛЗ» и межорбитального корабля «Буран»; технологических лунных кораблей Т2К; КА «Энергия», «Молния», «Метеор», «Метеор – Природа», «Метеор-ЗМ», «Ресурс», «Океан-О», выводимых на орбиты с использованием РН «Союз», «Молния», «Протон», «Зенит», «Н-1», «Энергия» и др. Подготовка этих КА проводилась в монтажно-испытательных корпусах (МИК), в которых под руководством головных конструкторских предприятий были созданы ТК и помещения, отвечающие требованиям международных стандартов, в том числе и по чистоте.

Наличие чистых помещений в сочетании с технологическим и техническим оборудованием, предназначенным для проведения пневмовакуумных испытаний, электрических проверок, гарантированного электроснабжения и т.д., обеспечили необходимые условия для подготовки КА среднего и тяжелого классов.

Так, в 1999 году на площадке 31, в сооружении 31-40, было создано универсальное рабочее место для технологической подготовки КА «Сесат», «Галс» и «Экспресс»; разработана проектная, конструкторская и эксплуатационная документация на реконструкцию этого сооружения и на вновь создаваемое оборудование, включая стенд комплексных проверок, средства обслуживания и автономную систему термостатирования. При этом была заимствована большая номенклатура такелажного и вспомогательного оборудования из числа оборудования, уже имеющегося в сооружении 31-40. Универсальное рабочее место подготовки этих КА введено в строй и прошло экспериментальную проверку. В дальнейшем планируется создание в сооружении 31-40 многоцелевого наземного технологического комплекса, позволяющего расширить номенклатуру КА, подготавливаемых в сооружении; свести к минимуму объем вновь разрабатываемого оборудования; создать технические резервы, для размещения дополнительной аппаратуры и решения с ее помощью новых научных и народнохозяйственных задач без ущерба для выполнения существующих программ.

В этом сооружении был создан ТК подготовки РБ «Фрегат» для РН «Союз», а также обеспечена подготовка к запуску российско-индийского КА «Ире» и американского КА «Скиппер».

На ТП площадки 92 (рис. 4.6.1) еще в 1965 году успешно был введен в строй МИК (сооружение 1) с ТК для подготовки РН «Протон».

Позднее, в 1975-1978 гг., в этом сооружении были размещены ТК для подготовки КА ЕСС («Радуга», «Экран», «Горизонт»).

Рис.4.6.1. Генплан технической позиции РН «Протон-К»

В 1967 году были разработаны и размещены в сооружении 92-2 (МИК КА) ТК для подготовки КА в интересах МО, которые впоследствии были модернизированы. В 1972 году в этом сооружении был размещен временный технический комплекс для подготовки орбитальной станции «Алмаз», на котором была успешно осуществлена подготовка трех станций «Салют». Позднее, в 1978 году, в этом же зале был размещен временный ТК для подготовки ТКС по программе «Алмаз», на котором была осуществлена подготовка пяти ТКС. Кроме того, в этом же зале после закрытия темы «Алмаз» был создан ТК для радиолокационного КА «Алмаз-Т».

В 1991 году к сооружению 92-2 была сделана пристройка – сооружение 92-2В, в котором разместились ТК КА «Геликон», «Галс», а также ТК для КА, запускаемых в интересах МО.

Еще в 1967 году под руководством ОКБ «Вымпел» с участием ОКБ-52 на площадке 92 космодрома Байконур было начато создание уникального инженерного сооружения монтажно-испытательного комплекса (сооружение 92А-50), предназначенного для подготовки КА и РН «Протон-К». Впервые в истории отечественной космонавтики предстояло создать под одной крышей комплекс, обеспечивающий прием прибывающих с заводов-изготовителей отдельных блоков КА, РБ и РН, их сборку, испытания и стыковку РБ и КА с РН и вывоз РКН на СК.

После длительных дискуссий и споров с Госэкспертизой была принята оптимальная компоновка в виде единого блока, состоящего из двух параллельно стоящих, связанных между собой монтажно-испытательных залов и трех многоэтажных блоков в виде двух расположенных с внешней стороны залов и одного – между ними.

По своим размерам в плане (229,0 × 145,8 м) этот корпус наряду с МИКом для РН «Энергия» был одним из самых крупных на космодроме Байконур. При этом он отличался уникальностью не только в части размеров, по и по своим функциональным возможностям и инженерным решениям.

Именно выбор технически грамотных проектных решений МИКа, переход на создание унифицированного технологического оборудования и построение ТК по принципу «использование ранее созданного оборудования» позволили в кратчайшие сроки и с минимальными затратами до 1991 года ввести в строй восемь рабочих мест для подготовки КА, РБ и РН.

В период с 1991 по 1996 год строительно-монтажные работы в корпусе не проводились, новые технические комплексы не создавались и он силами МО практически не эксплуатировался.

В 1996 году, в связи с возросшим объемом заказов по оказанию услуг по подготовке к запуску в составе РКН «Протон» КА зарубежного производства, этот корпус был передан ГКНПЦ им. М.В. Хруничева под реконструкцию с целью создания рабочих мест для подготовки коммерческих КА.

Учитывая нестабильность рыночных отношений и зависимость космодрома от поставок силовой электроэнергии через республику Казахстан, по предложению ГКНПЦ им. Хруничева и ОКБ «Вымпел» при реконструкции корпуса была принята концепция обеспечения его жизнедеятельности за счет своих технических средств. Так, в проекте на реконструкцию было предусмотрено обеспечение внешнего водоснабжения за счет создания скважины вблизи сооружения; для бесперебойного энергообеспечения дополнительно на трансформаторной подстанции была установлена газотурбинная установка, а для обеспечения непрерывного цикла электроиспытаний коммерчеких КА возле корпуса была создана система гарантированного электропитания. Проблема теплоснабжения корпуса из-за больших затрат на восстановление центральной котельной и многокилометровых трасс, обеспечивающих теплом жилую и производственную зоны площадки, была решена за счет установки рядом с корпусом нескольких мини-котелен, работающих на жидком топливе.

На первом этапе, благодаря технически обоснованному подходу к проектированию и применению унифицированного технологического оборудования, было реконструировано два монтажно-испытательных зала, в которых разместили рабочие места для подготовки КА и КГЧ и создали условия, соответствующие мировым стандартам. Созданный ТК для подготовки коммерческих КА вобрал в себя все передовые идеи:

• сочетание разработок унифицированного оборудования нового поколения с использованием существующего унифицированного технологического оборудования, отвечающего мировым стандартам;
• применение ресурсосберегающих технологий (проведение ремонтно-восстановительных работ с продлением технического ресурса), так как на момент создания ТК истекли гарантийные сроки эксплуатации у части оборудования.

Эксплуатация ТК силами промышленности подтвердила правильность выбранных решений. В 1998 году начался второй этап реконструкции сооружения с целью обеспечения подготовки РН «Протон-М».

На этом этапе работ, который завершился в мае 2000 года, был подвергнут реконструкции основной монтажно-испытательный зал с пристройками, в котором производится сборка и подготовка РН «Протон-М» на двух рабочих местах, а также размещаются рабочие места для подготовки КА и РБ по заказам МО РФ. Одновременно была завершена модернизация общетехнических систем обеспечения жизнедеятельности корпуса.

Реконструкция сооружения и создание рабочего места для подготовки РН «Прогон-М» проводились с применением отработанных на первом этапе проектных решений, принятых технологий производства работ и принципов построения ТК с максимальным использованием существующего оборудования.

В настоящее время МИК 92А-50 является уникальным производственным сооружением на космодроме Байконур, наиболее полно отвечающим требованиям международных стандартов, регламентирующим условия подготовки РН, РБ, КА.

В процессе эксплуатации ТК только на площадке 92 космодрома к концу 2003 года была успешно осуществлена технологическая подготовка около 300 РН «Протон» с КА различного назначения.

Всего на космодроме Байконур в составе ракетных комплексов «Союз», «Молния», «Протон», «Протон-К», «Циклон», «Зенит», «Энергия – Буран» и др. было построено 11 МИКов, в которых были размещены ТК для технологической подготовки РН, РБ и КА, а также создано три заправочно-нейтрализационные станции. При этом в целях экономии средств на создание отдельных ТК в ряде случаев использовалась практика технологической подготовки РБ и КА (при минимальной доработке рабочих мест) на ТК, размещенных на других площадках космодрома.

4.3. Технические комплексы космодрома Плесецк

На космодроме Плесецк расположены ТК РН «Космос», «Союз», «Молния», «Циклон», «Рокот» и ТК КА как народнохозяйственного, так и оборонного назначения. Ведутся работы по созданию КРК РН «Ангара».

ТК на космодроме Плесецк размещаются в следующих сооружениях:

• сооружение 201 на площадке 141. В этом сооружении размещен ТК, предназначенный для подготовки КА, разработанного ФГУП НПО им. Лавочкина;
• сооружение 1 на площадке 141. В этом сооружении создан ТК для подготовки КА, разработанного ФГУП НПО ПМ. Из состава старых ТК КА в сооружении имеются ТК КА «Надежда», Цикада», «Обзор», «Стрела-3», «Метеор-ЗМ», а также ТК РН «Космос»;
• сооружение 14 на площадке 3. В сооружении расположено унифицированное рабочее место для подготовки РН «Союз» и «Молния»; создаются ТК РБ «Фрегат», КА «Лиана» и ТК по сборке КГЧ для РН «Союз» и «Молния»;
• сооружение 1 на площадке 142, в котором расположены ТК КА «Кобальт», «Ресурс-Ф 1», «Ресурс-Ф», «Бион», «Фотон», «Молния-ЗК». На базе рабочего места, предназначенного для подготовки РН «Зенит», создается ТК РН «Ангара»;
• сооружение 101 на площадке 141, в котором расположен ТК КА «Океан-01» разработки ГКБ «Южное» (Украина) и ТК РН «Космос»;
• сооружение 130 на площадки 32Т. Это сооружение подвергнуто реконструкции. В нем созданы ТК РН «Рокот» и рабочее место для подготовки КА зарубежных заказчиков.

4.4. Классификация технических комплексов

По своему назначению ТК подразделяются на ТК РН, ТК РБ, ТК КА и ТК КГЧ.

4.4.1. Технический комплекс ракеты-носителя (ТК РН)

ТК РН – совокупность стационарных и подвижных технических средств и сооружений с техническими системами, предназначенных для приема, проверки, сборки, технического обслуживания и кратковременного содержания в готовностях, а также для подготовки РН к транспортированию на стартовую позицию КРК или к месту хранения.

В состав технических средств ТК РН могут входить отдельные комплекты механотехнологического, пневмовакуумного, проверочного оборудования; системы наземного электроснабжения специальными токами, а также комплект оборудования для содержания РН в готовностях и другое технологическое оборудование. Для подготовки РН на ТК в нашей стране в основном принята технология, при которой сборка РКН, ее технологическая подготовка и транспортировка на стартовую позицию осуществляются только в горизонтальном положении. Эта технология в ракетно-космической технике получила название – фиксированная. За рубежом (в США, Франции, Китае и ряде других стран) в основном принята технология, при которой сборка РКН, ее предстартовая подготовка и транспортировка на стартовую позицию осуществляются в вертикальном положении. Эта технология получила название – мобильная.

4.4.2. Технический комплекс космического аппарата (ТК КА)

ТК КА – совокупность стационарных и подвижных технических средств и сооружений с техническими системами, предназначенных для приема, проверки, сборки, заправки, приведения к кратковременному содержанию в готовностях, технического обслуживания и транспортирования КА в пределах ТП и стыковки его с РБ или РН.

В состав технических средств ТК КА (рис. 4.6.2) могут входить отдельные комплекты механотехнологического, пневмовакуумного и проверочного оборудования; средства термостатирования; системы наземного электроснабжения специальными токами; заправочно-нейтрализационная станция; комплект оборудования для содержания КА в готовностях и другое технологическое оборудование. На ТК КА применяется как «вертикальная», так и «горизонтальная» технология. При рассмотрении технологии подготовки КА можно отметить следующие закономерности: для КА легкого и среднего классов наиболее предпочтительна «вертикальная» технология, а для тяжелых КА (типа орбитальных станций) – «горизонтальная» технология. В зарубежных странах КА с РН среднего и тяжелого классов стыкуются в вертикальном положении.

4.4.3. Технический комплекс разгонного блока (ТК РБ)

ТК РБ – совокупность стационарных и подвижных технических средств и сооружений с техническими системами, предназначенных для приема, проверки, сборки, заправки, приведения к кратковременному содержанию в готовностях, технического обслуживания и транспортирования РБ в пределах ТП.

В состав технических средств ТК могут входить отдельные комплекты механотехнологического, пневмовакуумного и проверочного оборудования; средства термостатирования; система наземного электроснабжения специальными токами, а также заправочно-нейтрализационная станция, комплект оборудования для содержания РБ в готовностях и другое технологическое оборудование. Для всех РБ применяется только технология их подготовки в вертикальном положении.

4.4.4.Технический комплекс космической головной части (ТК КГЧ)

ТК КГЧ – совокупность стационарных и подвижных технических средств и сооружений с техническими системами, предназначенных для стыковки КА (средствами ТК КА) с РБ и сборочно-защитным блоком, контроля сборки, приведения и кратковременного содержания КГЧ в готовности, технического обслуживания и транспортирования КГЧ в пределах ТП, а также для проведения заключительных операций с КГЧ.

Рис.4.6.2. Типовая структурная схема ТК изделия

ТК КГЧ может быть универсальным, предназначенным для работы с различными КГЧ для единой РН.

В состав технических средств ТК могут входить отдельные комплекты механотехнологического, пневмовакуумного и проверочного оборудования, средства термостатирования, системы наземного электроснабжения специальными токами, а также комплект оборудования содержания КГЧ в готовностях и другое технологическое оборудование.

На ТК КГЧ применяется как вертикальная, так и горизонтальная технология. Практически до конца 80-х годов при сборке КГЧ применялась только горизонтальная технология, что было обусловлено меньшей стоимостью технологического оборудования.

По требованию зарубежных заказчиков в настоящее время принята вертикальная стыковка КА с РБ с последующим кантованием сборки РБ+КА в горизонтальное положение для сборки со сборочно-защитным блоком.

Весь цикл работ, проводимых на ТК, обеспечивается необходимым технологическим оборудованием, как правило, сформированным в отдельные комплекты по функциональной принадлежности.

4.5. Требования, предъявляемые
к техническому комплексу

В цепочке создания сложных систем космической техники ТК занимают определенное место. Являясь составными частями КРК, они обеспечивают технологическую подготовку КА, КГЧ, РБ и РН с момента доставки с завода-изготовителя и до вывоза РКН на СК.

При создании каждого КРК Заказчиком и его разработчиком вырабатываются определенные согласованные требования к ТК, закладываемые в соответствующие технические задания, которые и реализуются в директивные сроки.

До конца 80-х годов основной принцип в идеологии построения работ на ТК был основан на максимальном сближении технологии проведения испытаний на заводах-изготовитслях с технологией проведения испытаний на ТК. Поэтому на ТК даже с полностью отработанными на заводах-изготовителях РН, РБ и КА проводились практически в полном объеме все автономные испытания приборов (систем), их комплексная отработка и пневмовакуумные испытания как с использованием вакуум-камеры, так и без нее.

Такой подход был вызван тем, что космодромы Плесецк и Байконур находятся на значительном расстоянии от заводов-изготовителей этой техники. Доставка КА, РБ и составных частей РН проводилась в основном с использованием железнодорожного транспорта без поддержания температурно-влажностного режима. При транспортировке элементы ракеты воспринимали динамические нагрузки, что могло привести к возникновению дефектов.

Принцип максимального сближения технологий проведения испытаний на ТК и на заводах был характерен для работ, проводимых с РН, РБ и КА. Для КА требовался больший объем испытаний, так как, в отличии от РН, РБ, в их составе могли быть раскрывающиеся в условиях невесомости солнечные батареи, большемерные антенны и специальные излучающие устройства, которые требовали при их испытаниях на ТК применения специальных стендов и устройств. В результате ТК КА по своей оснащенности значительно превосходили ТК РН и ТК РБ. С начала 90-х годов, в связи с увеличением срока активного существования КА на орбите с 5 до 10 лет и широкого применения авиатранспортировки, изменилась идеология подготовки РН, РБ, КА на ТК.

С начала 90-х годов и до настоящего времени технология подготовки РН, РБ на ТК осталась неизменной, а идеология проведения работ с КА по отношению к ранее используемой технологии изменилась кардинальным образом. На ТК производится только тот объем работ, который невозможно выполнить на заводах-изготовителях. Это касается проведения операций по:

• отработке солнечных батарей (БС) и навеске БС на изделие (при необходимости);
• раскрытию навесных элементов;
• зарядке аккумуляторных батарей;
• пневмовакуумным испытаниям безбарокамерным методом по изменению перепала давления в герметичных полостях КА;
• полной сборке КА;
• заправке КА компонентами топлива и газа;
• транспортированию КА на участок сборки КГЧ.

После выдачи Заказчиком и головным предприятием по РКН технического задания и исходных данных на разработку ТК РН, РБ, КА идеология и подход к созданию технических средств для них определяются головным конструкторским предприятием по ТК, которое задает конкретный состав технологического оборудования, задействованного в испытаниях, и конкретный состав помещений МИКа. Головное предприятие по ТК производит оценку сооружений и их технических систем с точки зрения возможности обеспечения выдвигаемых к ним требований, определяет (при необходимости) объем их доработок и выдаст техническое задание и исходные данные в проектно-строительную организацию.

В случае необходимости проектирования нового оборудования головное предприятие составляет на него ТЗ и совместно с кооперацией смежных предприятий производит его разработку. В связи с тем, что технология отработки КА на ТК вследствие ее упрощения стала практически типовой, головное предприятие большое внимание уделяет вопросу универсальности оборудования, проектируя его так, чтобы оно могло обеспечить подготовку не только конкретного КА, по и других КА различного назначения. В результате на современных ТК КА процент специализированного оборудования минимален.

На этапах создания ТК головными предприятиями совместно со смежными предприятиями осуществляется авторский надзор за проведением реконструкции сооружений и отработки технологического оборудования и технических систем сооружений.

Одним из головных предприятий по разработке ТК является ФГУП «ОКБ «Вымпел». Под руководством ФГУП «ОКБ «Вымпел» созданы или модернизированы практически почти все ТК на пл. 92, выполненные для РН «Протон», и на пл. 31 для РКН «Восток» и «Молния» (космодром Байконур), а также отдельные ТК на космодроме Плесецк.

4.6. Структурный состав технических комплексов по видам оборудования

Структурное построение ТК и обеспечение надежной подготовки на них к вывозу РКН на СК имеют немаловажное значение при создании космических комплексов.

Их структурное построение производится в соответствии с согласованными требованиями по подготовке каждой составной части РКН и РКН в целом, выданными разработчиками, и осуществляется на основании:

а) предметного структурного анализа ТК – членение (разбивка) принятых на ТК технологических процессов на операции, характерные для выполнения отдельными видами оборудования;

б) функционального структурного анализа ТК – членение (разбивка) технологического процесса на группы взаимосвязанных операций, на едином (каждом) рабочем месте ТК совместно всеми видами применяемой техники или последовательно друг за другом отдельными видами оборудования.

4.6.1. Предметный структурный анализ технологических процессов подготовки РН, РБ, КА на ТК

Исследуя технологические процессы подготовки существующих и создаваемых КА по предметному принципу, можно практически легко выделить все типы операций, которые требуют разработки и применения определенного вида техники. Например:

• операции подъемно-перегрузочные, кантовочные, установки, снятия, монтажа, стыковки, транспортирования и т.п. требуют использования механотехнологического оборудования;
• операции консервации, наддува отсеков, проверки герметичности и т.п. требуют применения пневмовакуумного оборудования;
• операция диагностики бортовых систем и аппаратуры, проверки систем управления и т.п. требуют применения контрольно-проверочного оборудования.

Комплектуя операции технологического процесса по предметному принципу, мы как бы расчленяем технологический процесс подготовки КА на отдельные части по видам используемой техники с учетом последовательности выполнения операций, «разорванных» по времени.

Таким образом на ТК выявлялись и определялись основные и вспомогательные технологические процессы, обеспечивающие выполнение целевой задачи, что позволяло осуществить формирование состава технологических агрегатов и систем по средствам термостатирования и газового обеспечения, технологическому, пневмовакуумному, контрольно-проверочному, специальному электрическому и другому оборудованию, размещаемому и задействованному в работах на его рабочих местах (РМ).

Рабочее место ТК представляет собой совокупность технологических средств, размещенных в соответствующем строительном сооружении (сооружениях) с техническими средствами и обеспечивающих проведение принятого цикла технологических работ, например по подготовке КА к пуску.

Для определения состава контрольно-проверочного оборудования, участвующего в автономных испытаниях отдельных бортовых систем, технологический процесс дополнительно разбивают на более мелкие составные части для обеспечения автономных испытаний отдельных бортовых систем. Это иногда целесообразно делать и в других видах техники, поскольку принципы формирования отдельных частей технологических процессов остаются теми же.

Предметный структурный анализ принятых технологических процессов в настоящее время является основным инструментом для определения состава оборудования, требуемого на каждом рабочем месте для обеспечения подготовки РН, РБ, КА на ТК. Он является основой традиционного формирования комплектов наземного оборудования, входящих как составные части в ТК, и позволяет выработать к ним технические требования.

Типовая структура, выполненная по предметному принципу, представлена на рис. 4.6.2. Здесь, как видно, средства подготовки сформированы в комплекты по видам техники и ее назначению, так:

• механотехнологическое оборудование практически состоит из механического оборудования, обеспечивающего все перемещения и манипуляции с КА:
• пневмовакуумное оборудование обеспечивает снабжение газами, проверки на герметичность;
• средства термостатирования обеспечивают тепловые режимы при подготовке КА на ТК;
• заправочно-нейтрализационная станция обеспечивает заправку, слив компонентов топлива и их нейтрализацию;
• система электроснабжения спецтоками обеспечивает не общепромышленное питание потребителей ТК;
• проверочное оборудование обеспечивает проверку на функционирование бортовой аппаратуры;
• сооружения и технические системы обеспечивают размещение всех средств ТК и личного состава, поддерживают в помещениях заданный температурно-влажностный режим.

Результатом развития ТК по предметному принципу явилось создание унифицированных технических комплексов (УНТК), обеспечивающих подготовку КА.

Структура УНТК показана на рис. 4.6.3. Она включает в себя не только состав принятых технологических средств по видам техники (как в традиционных ТК), по и унифицированную часть технологических средств (базовые комплекты) и специализированную часть (дополнительные комплекты) для каждого КА.

Принцип формирования в ТК унифицированной части (базовые комплекты) – это использование отдельных видов оборудования в технологических работах как минимум с двумя КА. Специализированная часть (дополнительные комплекты) складывается из оборудования, используемого для подготовки только одного, конкретного, КА.

Рис.4.6.3. Структурная схема унифицированного ТК

Соотношение унифицированной и специализированной частей зависит от характера требований, касающихся технологической подготовки КА, объединяемых для выполнения работ на данном УНТК.

Однако создание УНТК и отдельных унифицированных рабочих мест для подготовки нескольких КА не освободило от недостатков, присущих сегодняшним ТК, а именно:

• наличие большой номенклатуры технологического оборудования;
• низкий коэффициент использования оборудования;
• постоянная необходимость в строительно-монтажных работах для размещения оборудования под новые КА;
• создание узкоспециализированных технических комплексов в интересах одного разработчика КА с собственным комплектом наземного технологического оборудования и занимающих либо отдельные сооружения, либо часть сооружения;
• эксплуатация ТК отдельно выделенным персоналом;
• значительная продолжительность сроков строительства сооружений до ввода в эксплуатацию первого ТК.

4.6.2. Функциональный структурный анализ технологических процессов подготовки КА на ТК

Если проведение предметного анализа представляет собой простые действия по последовательному выбору операций в технологических процессах подготовки КА, соответствующих тому или иному виду техники, и необходимо решать лишь вопрос членения (разбивки) наземного оборудования по видам техники, то проведение функционального анализа технологических процессов заключается в формировании групп взаимосвязанных технологических операций, проводимых на одном рабочем месте, то есть должна решаться комплексная задача формирования состава оборудования ТК и оснащения рабочих мест, при этом определенную обратную связь испытывает и технологический процесс подготовки КА.

В связи со сложностью выполнения многих технологических процессов построение ТК по функциональному признаку в большей степени требуется для подготовки КА.

От качества проведения функционального анализа во многом зависит конечный результат, то есть построение ТК.

Если предметный анализ технологических процессов позволяет формировать структуру комплектов наземного технологического оборудования, то функциональный анализ позволяет формировать структуру ТК. При этом, как правило, проводится оптимизация как технологических процессов подготовки КА, так и состава оборудования рабочих мест.

Алгоритм проведения функционального анализа технологических процессов подготовки КА на ТК в общем случае включает в себя:

• проведение анализа и оптимизацию задаваемых технологических процессов;
• построение и оптимизацию графиков технологической подготовки заданного количества изделий;
• определение и оптимизацию состава рабочих мест ТК;
• предметный анализ и оптимизацию состава технологического оборудования на каждом рабочем месте в соответствии с полученными результатами функционального анализа.

Формирование средств подготовки по функциональному назначению обеспечивает закрепление за каждым рабочим местом состава выполняемых операций. В этом случае оснащение рабочих мест необходимыми средствами подготовки иногда требует проведения дополнительного предметного анализа по уточнению состава элементов оборудования, используемого при выполнении на созданных рабочих местах принятых техпроцессов.

В основу организации рабочих мест по блочно-модульной схеме положен принцип проведения однотипных работ с КА, когда для разных КА может быть задействовано базовое оборудование.

На рис. 4.6.4 представлена перспективная структура состава технических средств многокомплексной системы технических комплексов (МСТК) КРК, состоящая из ряда рабочих мест, находящихся, как правило, в одном сооружении и предназначенных для:

• приема изделия, включающие в себя транспортное, подъемно-перегрузочное оборудование и оборудование хранения;
• электроиспытаний, включающие в себя стендовое и контрольно-испытательное оборудование, СНЭСТ, СЭП;
• монтажно-сборочных работ с оборудованием, обеспечивающим при необходимости сборку (разборку) изделия перед проведением комплексных испытаний;
• ЗНС, обеспечивающая заправку изделия компонентами топлива и сжатыми газами, слив и нейтрализацию компонентов топлива;
• пневмоиспытаний с оборудованием, обеспечивающим хранение сжатых газов и проведение пневмоиспытаний изделий;
• радиотехнических измерений и специспытаний.

Технологические средства ТК на рабочих местах при необходимости могут быть сгруппированы в базовые и дополнительные комплекты технологического оборудования. В базовый комплект включаются универсальные агрегаты и системы, обеспечивающие подготовку не менее двух КА. В дополнительный комплект включаются технологические средства, предназначенные для подготовки конкретного КА.

Очевидно, что чем большее количество КА может проходить электроиспытания на одном рабочем месте, тем эффективнее будет использоваться дорогостоящее оборудование и КПА. Решение вопроса о возможности совмещения подготовки электроиспытаний различных КА на одном рабочем месте представляет собой достаточно трудную задачу. На основании статистических данных по характеристикам существующих КА, составу применяемой для проверок аппаратуры и других средств подготовки, а также учитывая традиции генеральных разработчиков КА, можно сделать вывод, что совместимость возможна, и она существует на практике. Однако в настоящий момент это касается только некоторых КА, создаваемых одним Генеральным конструктором.

В перспективе ограничение в части совмещения подготовки различных КА на одном рабочем месте будет зависеть только от принятых техпроцессов и их совместимости с оборудованием рабочего места.

Рис.4.6.4. Структурная схема многокомплексной системы технических комплексов (МСТК)

4.7. Технологические процессы подготовки космических средств на техническом комплексе

Технологические процессы подготовки составных частей и РКН в целом к вывозу на СК являются краеугольным камнем в создании оборудования средств наземной подготовки, размещаемого на ТК.

В настоящее время наблюдается ярко выраженная тенденция формирования технологических процессов подготовки РН, РБ, КА на ТК непосредственно их разработчиками. Каждый разработчик определяет свой подход к формированию технологических процессов подготовки на ТК своих изделий. До конца 80-х годов при подготовке КА на ТК преобладало стремление заложить в технологический процесс максимальное количество проверок, проводимых на заводе-изготовителе с использованием аналогичных наземных испытательных средств.

Следует отметить, что до настоящего времени генеральные разработчики космических средств, как правило, ориентируются на конкретные заводы-изготовители, их производственную базу и имеют традиционно сложившуюся кооперацию разработчиков бортовых систем, математического и программного обеспечения. Это на практике затрудняет возможность создания унифицированных средств испытаний на ТК для обеспечения проверок космических средств, разрабатываемых разными генеральными конструкторами. Кроме того, конструктивно-компоновочные решения КА у генеральных конструкторов разные, что связано со сложившимися традициями их конструкторских бюро и заводов-изготовителей.

Несмотря на существующие различия в подготовке КА, связанные с проверками бортовых систем, имеется ряд типичных технологических операций, к которым относятся:

• разгрузка, приемка и доставка КА к месту электроиспытаний:
• испытания на герметичность замкнутых полостей и объемов;
• обеспечение теплосъема с бортовой аппаратуры при электроиспытаниях;
• автономные испытания солнечных батарей и крупногабаритных внешних приборов на раскрытие;
• транспортирование в пределах ТП;
• заправка компонентами топлива и газами;
• монтажно-сборочные и стыковочные операции КА с носителем.

С конца 90-х годов электроиспытания на ТК были сведены к минимуму, а вакуумные испытания с использованием вакуум-камер практически исключены.

4.7.1. Типовая технология подготовки КА

Типовая технология подготовки КА «Экран-М» и съемного оборудования (его составных частей) представлена в табл. 4.7.1.

Таблица 4.7.1

Технология подготовки КА «Экран-М»

Из анализа приведенных в таблице данных видно, что операции, связанные с подготовкой и использованием технологического оборудования большого влияния на продолжительность всего технологического цикла не оказывают. Основное время занимают работы с подготовкой и проведением электрических испытаний. Однако эго является характерным для КА разработки 80-90-х годов. В современных КА (в связи с введением новой элементной базы) время на подготовку и проведение электроиспытаний значительно сокращено.

Временная загрузка технологического оборудования при подготовке КА «Грань» приведена в табл. 4.7.2.

Таблица 4.7.2

Загрузка оборудования при подготовке КА «Грань»

4.7.2. Технологические процессы подготовки РБ на ТК. Основные пути совершенствования технологических процессов

Для расширения возможностей существующих и перспективных РН по доставке на высокоэнергетические орбиты и к планетам Солнечной системы предусматривается использование в составе РКН разгонных блоков.

Временная загрузка технологического оборудования при подготовке РБ разработки РКК «Энергия» приведена в табл. 4.7.3.

Таблица 4.7.3

Временная загрузка оборудования при подготовке РБ,
разработанного РКК «Энергия»

За счет усовершенствования конструкции и технологии изготовления РБ и по мере накопления статистических данных по их испытаниям можно будет отказаться от проведения гермоиспытаний в вакуум-камере. Сократить время на подготовку РБ можно также за счет:

• отказа от сложных совместных электрических проверок РБ и КА, которые требуют предварительной подготовки РБ;
• возможного совмещения части электрических проверок РБ, проводимых совместно с РН.

4.7.3. Технологические процессы подготовки РН на ТК.
Специфика технологических операций

Методологический подход к разработке и созданию ТК РН имеет свои особенности, связанные с:

• обеспечением требуемой производительности ТК при выполнении технологических работ с заданной надежностью;
• серийностью изготовления РН и сравнительно редкой модернизацией РН, как правило, не затрагивающей основных средств ее подготовки на ТК;
• высокой специализацией оборудования ТК, повышенной его готовностью к использованию.

Поэтому решающим фактором является технологичность конструкции РН (габариты, масса, состав, требования к выполнению операций), которая практически и определяет технологический процесс и показатели технических средств для ее подготовки на ТК.

Типовая технология работ с РН «Протон-К», ее этапы и применяемое на ТК оборудование представлены в табл. 4.7.4.

Таблица 4.7.4

Типовая технология работ с РН «Протон-К», ее этапы
и применяемое на ТК оборудование

Перспективной РН, предназначенной для запуска КА с космодромов Плесецк и Байконур, является РН «Ангара». Проведенные предварительные проработки показывают, что ее технологическая подготовка на ТК будет иметь много общего с технологической подготовкой РН «Протон».

4.8. Классификация и структурный состав технологического оборудования технических комплексов

Технические комплексы КА, РБ, РН, КГЧ включают в себя следующие составные части:

4.8.1. Комплект механотехнологического оборудования
ТК КА, КГЧ, РБ, РН, РКН

Комплект механотехнологического оборудования (КМТО) – составная часть ТК КА, КГЧ, РБ, РН, РКН, представляющая собой совокупность оборудования для обеспечения монтажно-стыковочных, подъемно-перегрузочных и транспортных работ; взвешивания и определения координат центра масс; обезвешивания раскрываемых элементов КА, а также для обслуживания при подготовке КА, КГЧ, РБ, РН, РКН на ТК.

Общая принципиальная схема комплекта механотехнологического оборудования КА представлена на рис. 4.8.1.

Рис.4.8.1. Общая схема комплекта механотехнологического оборудования ТК КА

Ниже рассмотрено оборудование, которое может входить в состав КМТО ТК:

Подъемно-перегрузочное оборудование

Подъемно-перегрузочное оборудование предназначено для захвата, подъема и перемещения КА, КГЧ, РБ, РН, РКН, их составных частей и технологического оборудования на протяжении всего цикла их подготовки. К нему относятся крановое и такелажное оборудование, траверсы, канаты, стропы и переходники и т.д.

Стендовое оборудование

Стендовое оборудование предназначено для проведения контрольно-измерительных, автономных и комплексных испытаний КА и их составных частей с использованием контрольно-проверочной аппаратуры. В его состав могут входить стенды КИ, автономных проверок, обезвешивания панелей солнечных батарей и кантовочные устройства.

В состав стенда, как правило, входят:

а) для КА с вертикальной технологией:

• стапель обслуживания с системами обезвешивания;
• подставка для КА;

б) для КА с горизонтальной технологией:

• стапель обслуживания с системами обезвешивания;
• монтажно-стыковочные тележки с роликовыми опорами.

Монтажно-стыковочное оборудование

Монтажно-стыковочное оборудование предназначено для монтажа, кантования и стыковки КА, КГЧ, РБ, РН и их составных частей.

В настоящее время для обеспечения монтажно-стыковочных операций и перевода КА из горизонтального положения в вертикальное и обратно применяются кантовочные устройства, различные по конструкции и принципу действия:

• электромеханические;
• гидравлические;
• смешанного действия.

Вспомогательное оборудование

Вспомогательное оборудование предназначено для технического обслуживания технологического оборудования ТК, а также для проведения сопутствующих операций при технологическом цикле подготовки КА, КГЧ, РБ, РН.

Средства обслуживания

Средства обслуживания предназначены для обслуживания КА, КГЧ, РБ, РН и их составных частей по всему технологическому циклу их подготовки на ТК.

Транспортное оборудование

Транспортное оборудование предназначено для транспортирования КА, КГЧ, РБ, РН и их составных частей в пределах ТК. В состав транспортного оборудования могут входить:

• тележки ангарные и перекатные;
• автокары;
• автомашины;
• транспортно-заправочные агрегаты;
• железнодорожные платформы и вагоны;
• прицепы и полуприцепы;
• тягачи.

Эксплуатационное оборудование

Эксплуатационное оборудование предназначено для обеспечения взаимодействия КА, КГЧ, РБ, РН и РКН с технологическим оборудованием ТК.

4.8.2. Комплект пневмовакуумного оборудования ТК КА (КГЧ, РБ, РН)

Комплект пневмовакуумного оборудования (КПВО) – составная часть ТК КА (КГЧ, РБ, РН), представляющая собой совокупность оборудования для обеспечения и распределения газов и газовых смесей между потребителями, проведения испытаний на герметичность в вакуумных установках и вне их, заполнения газами приборных контейнеров и других емкостей КА (КГЧ, РБ, РН, РКН).

Общая принципиальная схема комплекта пневмовакуумного оборудования представлена на рис. 4.8.2.

Рис.4.8.2. Общая схема комплекта пневмовакуумного оборудования ТК КА (КГЧ, РБ, РН)

Системы газоснабжения

Системы газоснабжения предназначены для обеспечения ТК сжатым воздухом, азотом, гелием, аргоном, а также азотно-гелиевыми и гелиево-воздушными смесями. Они обеспечивают прием, хранение, очистку, осушку, контроль параметров и выдачу сжатых газов требуемых параметров потребителю.

Все системы газоснабжения можно разделить на два типа – стационарные и подвижные.

Стационарные системы газоснабжения, в свою очередь, подразделяются на базовые, накопительно-распределительные и распределительные.

Технологическое оборудование, входящее в состав стационарных базовых систем газоснабжения, представлено на рис. 4.8.3.

Рис.4.8.3. Технологическое оборудование, входящее в состав стационарных базовых систем газоснабжения

К стационарным базовым системам газоснабжения относятся, например, системы, предназначенные для обеспечения сжатыми газами ТК.

Стационарные накопительно-распределительные системы газоснабжения, в отличие от базовых, не имеют своего оборудования подготовки газов. Состав оборудования стационар ных накопительно-распределительных систем газоснабжения приведен на рис. 4.8.4.

Заправка баллонов ресиверной накопительно-распределительных систем производится от стационарных базовых систем газоснабжения, передвижных компрессорных станций или передвижного газификатора азота. Примером такой системы является система газоснабжения, предназначенная для обеспечения сжатыми газами ТК, расположенных в сооружении 31-40 пл. 31 космодрома Байконур.

Стационарные распределительные системы газоснабжения предназначены для приема сжатых газов от стационарных базовых и накопительно-распределительных систем газоснабжения и выдачи сжатых газов на рабочие места ТК. Стационарные распределительные системы не имеют ресиверной для хранения сжатых газов. Состав оборудования стационарной распределительной системы представлен на рис. 4.8.5.

Рис.4.8.4. Состав оборудования накопительно-распределительных систем газоснабжения

Рис.4.8.5. Состав оборудования стационарной распределительной системы газоснабжения

Стационарные распределительные системы предназначены для приема сжатых газов (воздух, азот, гелий) от стационарной базовой системы и выдачи их потребителю на рабочие места ТК.

Оборудование таких систем обеспечивает:

• прием сжатых газов от базовой системы и их фильтрацию:
• выдачу сжатых газов давлением 40-15 МПа (400-150 кгс/см²); 21 МПа (210 кгс/см²); 5,5 МПа (55 кгс/см²) и 0,6 МПа (6 кгс/см²);
• контроль величин давления принимаемых и выдаваемых газов;
• контроль наличия давления в магистралях потребителей;
• отбор проб для определения показателей качества сжатых газов;
• организованный дренаж сжатых газов высокого и низкого давлений;
• организованный дренаж выхлопных газов от вакуумных насосов.

Подвижные газозаправщики предназначены для обеспечения отдельных элементов оборудования ТК сжатыми газами в случае нецелесообразности создания стационарных систем газоснабжения.

Подвижные газозаправщики представляют собой ресиверную, размещенную на шасси транспортного средства (автомобиля или прицепа). Состав оборудования подвижных газозаправщиков представлен на рис. 4.8.6.

Рис.4.8.6. Состав оборудования подвижных газозаправщиков

Заправка баллонов ресиверной подвижных газозаправщиков производится от передвижной компрессорной станции или передвижного газификатора азота.

В целом указанное оборудование систем газоснабжения состоит из:

• компрессорных станций и газификатора азота:
• отдельных секций баллонов ресиверных, предназначенных для хранения сжатого воздуха, азота, гелия и обеспечивания ими процессов «дыхания» при транспортировке РКН и ее составных частей;
• распределительных щитов и колонок, предназначенных для осуществления операций по приему газов, контроля и выдачи их с требуемыми параметрами потребителям, а также для осуществления процессов термостатирования и получения газовых смесей;
• трубопроводов, предназначенных для объединения в единое целое оборудования системы газоснабжения;
• пневмоарматуры и устройств присоединения к блокам РКН.

Более подробно составы систем газоснабжения, их комплектующих элементов и обеспечиваемые ими технологические процессы на различных наземных объектах ракетной техники изложены во 2-й книге настоящего инженерного пособия.

Системы испытаний на герметичность

Системы испытаний на герметичности на ТК предназначены для контроля герметичности систем и агрегатов космических объектов (изделий), а также наземных систем, к которым в этом предъявляются повышенные требования.

Эти системы включают в себя пневматическое и вакуумное оборудование, пульты различного назначения, а также фильтры, трубопроводы, переходники и кабели, из которых собираются схемы для проведения пневмовакуумных испытаний. В их состав также входят приборы, контролирующие влажность газов (например анализатор влажности типа «Баргузин-2»); определяющие содержание кислорода (например измеритель кислорода типа «Циркон-М»), наличие гелия (например течеискатель типа ТИ1-14) и др.

Изделие считается герметичным, если при контроле герметичности утечка контрольного газа не обнаружена или не превышает нормы, установленной документацией разработчика. В случае, если утечка контрольного газа превышает установленную норму, то после устранения обнаруженного дефекта изделие подвергается повторному испытанию.

В зависимости от задач, решаемых при контроле герметичности, определяется или суммарная (для агрегатов и систем изделия в целом) или локальная негерметичность (конкретных мест например сварного шва).

Существует ряд методов испытаний, определяющих герметичность: обмыливание, контроль за спадом давления, применение масс-спектрометрических течеискателей.

Испытания по методу обмыливания сводятся к покрытию мыльной эмульсией контролируемых участков изделия, находящегося под избыточным давлением контрольного газа (обычно воздух). При этом в местах утечек происходит вздутие мыльной эмульсии, что указывает на негерметичность испытуемого изделия.

Испытания по методу контроля за спадом давления (рис. 4.8.7) сводятся к созданию в испытуемом изделии избыточного давления контрольного газа и к замеру величины давления в нем в начале и в конце определенного промежутка времени. Уменьшение первоначально замеренной величины давления свидетельствует о негерметичности изделия. Величина негерметичности определяется по формуле:

где   V    – внутренний объем изделия и технологической оснастки, л;

t     – время выдержки изделия под давлением, с;

ΔP – изменение давления в изделии в течение времени t, мкм рт.ст.

Рис.4.8.7. Схема испытаний на герметичность по методу контроля спада давления: 1 – изделие; 2, 7 – вентили; 3, 6 – манометры; 4, 5 – предохранительные клапаны

Испытания с применением масс-спектрометрического течеискателя (рис. 4.8.8) и методом щупа с применением масс-спектрометрического течеискателя (рис. 4.8.9) основаны на принципе ионизации контрольных газов с последующим разделением образовавшихся ионов в магнитных и электрических полях. Действие масс-спектрометрического течеискателя основано на обнаружении контрольного газа разделением его ионов по величине отношения их массы к заряду.

Рис.4.8.8. Схема испытаний на герметичность методом вакуумирования: 1 – изделие; 2 – вакуумная камера; 3, 5 – клапаны; 4 – вакуумный насос; 6 – течеискатель; 7 – вакуумметр

Рис.4.8.9. Схема испытаний на герметичность методом «щупа» с применением масс-спектрометрического течеискателя: 1 – изделие; 2 – щуп; 3 – шланг, 4, 6 – клапаны; 5 – механический вакуумный насос; 7 – течеискатель; 8 – вакуумметр

Если сравнить пороги чувствительности указанных способов контроля герметичности (с применением азота в качестве контрольного газа), то порог чувствительности метода обмыливания составляет порядка 6,7·10^5-5 Вт (5·10^-1 л·мкм рт. ст./с), метода контроля спада давления – порядка 1,3·10^-3 Вт (10,0 л·мкм рт. ст./с), а порог чувствительности метода щупа с применением масс-спсктрометрических течеискателей – порядка 1,3·10^-6 Вт (1·10^-2 л·мкм рт. ст./с).

Сравнительный анализ порога чувствительности различных способов течеискания показал, что метод с применением масс-спектрометрических течеискателей является наиболее точным и отвечает современным требованиям, предъявляемым к контролю герметичности космических объектов. Контролю герметичности методами обмыливания и контроля спада давления в основном подвергаются наземные системы.

Метод контроля герметичности определяет разработчик изделия. Поскольку требованиям, предъявляемым к герметичности изделия (агрегат, узел, сварной шов и т.п.), удовлетворяют несколько методов контроля, для выбора из них оптимального проводится техникоэкономический анализ, учитывающий как объем испытаний, так и стоимостные оценки.

Системы гермоиспытаний (рис. 4.8.10) запитываются сжатым (контрольным) газом, а также газом для технологических нужд (закрытие пневмоклапанов, продувка трубопроводов и агрегатов изделия и т.п.) от систем газоснабжения. Сжатые газы (воздух, азот, гелий, аргон и др.) давлением до 40 МПа (400 кгс/см²) подаются из системы газоснабжения на щит выдачи и дренажа 1. Со щита выдачи при необходимости получения гелиево-воздушной или гелиево-азотной смеси сначала гелий, а затем воздух (азот) с заданным давлением подается в смеситель 10, где после определенной выдержки по времени получают требуемую смесь газов заданной концентрации. В дальнейшем эти смеси, а также газообразные воздух и азот через шит выдачи подаются в редукционный блок 2, где происходит редуцирование газов до требуемых давлений. После редуцирования сжатые газы подаются в пульты 7, 8, 9, через которые ведется наддув испытуемого изделия. При наддуве изделия давление в нем контролируется как визуально по манометрам, так и автоматически через электроконтактные манометры, установленные на пультах. При достижении заданного давления электрический сигнал от электроконтактного манометра подается на пневмоэлектроклапан, управляющий пневмоклапаном, через который контрольный газ поступает в изделие. В результате пневмоклапан закрывается и дальнейший наддув изделия прекращается.

Рис.4.8.10. Схема оборудования системы гермоиспытаний: 1 – щит выдачи и дренажа; 2 – редукционный блок; 3, 4, 5 – приборы для определения влажности, содержания кислорода и наличия гелия; 6 – вакуумная установка; 7 – вакуумный пульт; 8, 9 – пневмопульты; 10 – смеситель

Для определения суммарной негерметичности методом вакуумирования в вакуумной камере с применением масс-спектрометрического течеискателя (рис. 4.8.8) изделие 1 помещают в вакуумную камеру 2, соединенную с течеискателем типа ТИ1-14-6, наддувают контрольным газом до заданного давления, а вакуумную камеру вакуумируют.

При наличии течи в испытуемом изделии контрольный газ за счет разности давлений проникает в полость вакуумной камеры и фиксируется течеискателем.

Для определения локальной негерметичности изделия методом щупа с применением масс-спектрометрического течеискателя (рис. 4.8.9) изделие 1 наддувают контрольным газом и при помощи щупа 2, соединенного шлангом 3 с течеискателем типа ТИ1-14-7, фиксируют наличие или отсутствие течей, например в клапанах, сварных швах, ниппельных и фланцевых соединениях и т.п.

По окончании испытаний на герметичность контрольный газ сбрасывается из изделия в атмосферу через дренажную колонку, входящую в состав системы газоснабжения.

Для удаления гелия из полостей агрегатов изделия, подвергшегося испытаниям на герметичность, производится операция «полоскания», заключающаяся в многократном наддуве-сбросе газообразного азота (воздуха) с последующим вакуумированием этих полостей.

4.8.3. Комплект средств термостатирования ТК КА (КГЧ, РБ, РН, РКН)

Комплект средств термостатирования (КСТ) – составная часть ТК КА, КГЧ, РБ, РН, РКН, представляющая собой совокупность оборудования для создания и поддержания температурно-влажностного режима КА (КГЧ, РБ, РН, РКН) и их составных частей при подготовке на ТК и при транспортировании в пределах ТП.

Общая принципиальная схема комплекта средств термостатирования представлена на рис. 4.8.11.

Рис.4.8.11. Общая схема комплекта средств термостатирования ТК КА КГЧ, РБ, РН, РКН

Системы обеспечения температурного режима

Создание температурных условий, при которых обеспечивается нормальная жизнедеятельность КА на орбите, осуществляется циркулированием по замкнутому контуру теплоносителя в теплообменных аппаратах бортовой системы терморегулирования (СТР) КА. В такой системе источниками холода и тепла являются соответственно космический холод и лучистая энергия Солнца. Принципиальная схема системы показана на рис. 4.8.12.

В процессе наземной подготовки к запуску на орбиту КА подвергается различного рода испытаниям, в том числе комплексным, при проведении которых проверяется работоспособность всех агрегатов и систем КА с включением в работу энергопотребляющих элементов КА. При этом отсутствие в условиях ТП «космических» источников холода и тепла делает невозможным поддержание требуемого теплового режима аппаратуры КА при помощи бортовой СТР, что приводит к необходимости создания специальных наземных средств, которые называются системами обеспечения температурного режима (СОТР). Такие системы предназначены для подачи в магистрали СТР КА теплоносителя с требуемыми параметрами по температуре, расходу и давлению; отвода тепловыделений работающей аппаратуры КА и обеспечения требуемого температурного режима при проведении испытаний КА в наземных условиях.

Рис.4.8.12. Принципиальная схема СТР КА: 1 – побудитель расхода; 2 – распределительное устройство; 3 – створка; 4, 7 – внешние теплообменники; 5 – датчик температуры; 6 – теплообменник приборного отсека; —> – направление теплового потока

Исходя из определения назначения СОТР. задачи, решаемые этой системой, можно разделить на следующие основные составляющие;

• охлаждение теплоносителя;
• доставка (подача) теплоносителя в магистрали СТР КА;
• подогрев теплоносителя для регулирования температуры теплоносителя, подаваемого в магистрали СТР.

Из перечисленных задач определяющей и самой сложной является задача по охлаждению теплоносителя. Задачи по доставке и подогреву теплоносителя носят вспомогательный характер и решаются традиционными и достаточно простыми способами.

Существует три основных метода охлаждения теплоносителя, которые используются при создании СОТР:

1. Испарение жидкости (использование фазового перехода рабочей жидкости из жидкого состояния в газообразное). Этот метод реализуется при помощи холодильных машин, из которых наибольшее распространение получили парокомпрессорные, абсорбционные и эжекторные холодильные машины.
2. Расширение сжатого воздуха с отдачей внешней энергии. Метод реализуется воздушными детандерами.
3. Расширение сжатого воздуха без совершения внешней работы (эффект Джоуля – Томсона).

Кроме того, иногда в практике создания СОТР используются специальные методы охлаждения, использующие эффект Ранка (вихревые трубы) и явление Петле (термоэлектрическое охлаждение).

Из всего разнообразия методов и способов охлаждения, в которых реализован эффект Джоуля-Томсона, были созданы СОТР, используемые для наземной подготовки целого ряда КА разработки НПО им. Лавочкина.

Следует отметить, что создание СОТР с использованием эффекта Джоуля – Томсона предполагает обязательное наличие на ТК источника сжатого воздуха. Обычно это система газоснабжения ТК.

Для примера рассмотрим устройство и работу СОТР, созданной для РБ «Фрегат» и предназначенной для обеспечения температурного режима двух приборных контейнеров этого РБ путем подачи под термокожухи внешних теплообменников сжатого воздуха со следующими параметрами:

Структурная схема СОТР приведена на рис. 4.8.13. В состав оборудования СОТР входят следующие основные части:

• блок подготовки воздуха, предназначенный для приема от колонки системы газоснабжения сжатого воздуха высокого давления, редуцирования его до требуемого значения давления, предварительного охлаждения в теплообменнике блока и подачи подготовленного потока сжатого воздуха в блок выдачи;
• холодильная машина для охлаждения и подачи жидкого теплоносителя в теплообменник блока подготовки воздуха;
• блок выдачи для приема подготовленного воздуха, охлаждения его путем дросселирования и подачи под термокожухи;
• блок управления работой составных частей СОТР в соответствии с заданным алгоритмом и для контроля и регулирования параметров подаваемого под термокожухи воздуха по сигналам датчиков контроля параметров. Конструктивно блок управления и блок подготовки воздуха выполнены в виде моноблоков;
• комплект рукавов для обеспечения пневматических и гидравлических связей между составными частями СОТР;
• комплект кабелей для обеспечения электрических связей между составными частями СОТР.

Рис.4.8.13. Структурная схема СОТР: АТ1, АТ2 – электронагреватели; ДМ1, ДМ2 – датчики давления; ДТ1, ДТ2 – датчики температуры; КР – газовый редуктор; Н – насос; ТО – теплообменник блока подготовки воздуха; Т01, Т02 – теп лообменники холодильной машины; – воздух; – жидкость (водный раствор этиленгликоля); – хладоагент (хладон 22)

Работа СОТР происходит следующим образом. Сжатый воздух давлением 40-28 МПа от колонки газоснабжения через входной штуцер блока подготовки воздуха поступает на газовый редуктор КР, где расширяется до давления 20 МПа. Температура воздуха, подаваемого на вход блока подготовки воздуха, в зависимости от температуры окружающего воздуха может находиться в диапазоне от 278 до 308 К. После редуктора сжатый воздух поступает в змеевик кожухозмеевикового теплообменника ТО, где охлаждается до температуры 268 К за счет теплообмена с охлажденным в холодильной машине жидким теплоносителем, который подается под кожух теплообменника. Охлаждение жидкого теплоносителя (водный раствор этиленгликоля) в холодильной машине осуществляется за счет теплообмена с кипящим хладоагентом (хладон 22) в теплообменниках Т01, ТО2 холодильной машины, размещенных в баке с теплоносителем. Холодильные контуры 1, 2 представляют собой два независимых герметичных иарокомпрессионных агрегата с поршневыми компрессорами и воздушным охлаждением конденсаторов. Подача охлажденного теплоносителя и его возврат в холодильную машину осуществляются насосом Н холодильной машины. Температура подаваемого в теплообменник ТО теплоносителя составляет 265 К. Далее охлажденный в теплообменнике воздух поступает на блок выдачи, где охлаждается до температуры 230 К за счет дросселирования на дроссельном устройстве ДРН, после чего разделяется на два потока и поступает в электронагреватели АТ1, АТ2. В электронагревателях воздух подогревается до требуемой температуры, значение которой может находиться в диапазоне от 253 до 243 К. Конкретное значение температуры в указанном диапазоне с дискретностью 1 К задается исходя из условия поддержания оптимального температурного режима в приборных контейнерах. Из блока выдачи воздух через стыковочные устройства поступает в термокожухи приборных контейнеров, где нагревается за счет теплообмена с внешней стенкой теплообменника приборного контейнера, охлаждая тем самым объем приборного контейнера, после чего отработанный воздух выбрасывается в атмосферу.

Контроль и поддержание заданного значения температуры воздуха, подаваемого под термокожухи, осуществляются регуляторами блока управления по сигналам датчиков температуры ДТ1 и ДТ2, установленных на стыковочных устройствах. Регулирование выполняется по пропорционально интегрально-дифференциальному закону. Давление воздуха контролируется датчиками давления ДМ1 и ДМ2.

Более подробно конструктивные решения систем термостатирования, используемых на наземных объектах ракетной техники, и обеспечиваемые ими технологические процессы изложены в одной из глав последующих книг настоящего инженерного пособия.

4.8.4. Заправочно-нейтрализационная станция

Заправочно-нейтрализационная станция (ЗНС) – отдельный технологический объект космодрома, или составная часть ТК, представляющая собой совокупность технологического оборудования и сооружений с техническими системам для хранения, подготовки и заправки (слива) компонентами топлива и газами емкостей КА (КГЧ, РБ), а также для нейтрализации компонентов топлива и их паров, емкостей КА (КГЧ, РБ) и технологического оборудования. Построение станции и выполняемые на ней технологические операции изложены в главе 5.

4.8.5. Комплект проверочного оборудования

Комплект проверочного оборудования (КПО) – составная часть ТК КА (КГЧ, РБ, РН, РКН), представляющая собой совокупность аппаратуры, приборов и устройств, обеспечивающих проведение испытаний бортовых систем КА (КГЧ, РБ, РН, РКН) и их составных частей, а также регламентного технического обслуживания бортовых и наземных приборов, устройств и аппаратуры.

4.8.6. Система наземного электроснабжения спецтоками

Система наземного электроснабжения спецтоками (СНЭСТ) – составная часть ТК, представляющая собой совокупность преобразователей и устройств распределения электрической энергии, управления, контроля и защиты, соединенных между собой кабелями, а также устройств для обслуживания самой системы и комплектов ЗИПа.

4.9. Требования к проектированию КМТО

4.9.1. Стендовое оборудование

В составе КМТО отдельных ТК создаются различные по назначению стенды, в основном для проведения комплексных испытаний (КИ).

4.9.2. Стенд комплексных испытаний (КИ)

Стенд КИ по своему функциональному назначению, сложности, габаритам и стоимости является одной из основных составляющих комплекта наземного технологического оборудования.

Стенд КИ предназначен для обеспечения, как правило, вертикальной сборки КА (как полной, так и частичной) и контрольно-проверочных и настроечных работ с помощью контрольно-проверочной аппаратуры, размещенной на площадках стенда КИ на разных уровнях. Нередко по стенду прокладываются электро- и пневмокоммуникации, предназначенные для выполнения технологических операций наддува, пневмоиспытаний, а также для обеспечения температурно-влажностного режима.

Но, пожалуй, одним из главных назначений стендов КИ является обеспечение монтажа и испытаний панелей солнечных батарей (БС), разного рода антенн, приборов и тому подобного оборудования, раскрываемого с помощью специальных штанг в космосе после вывода на орбиту КА. Все эти элементы КА, механизмы их раскрытия и приводы с целью экономии веса выполнены в виде ажурных легких конструкций, так как работают в условиях невесомости и их раскрытие на Земле, на стенде КИ для электрических и других проверок, немыслимо без задействования специальных систем обезвешивания (СО).

Многофункциональным назначением стендов КИ объясняется их сложность, большие габариты, масса и площадь, занимаемая стендом в зале МИКа. Этим объясняются и большие затраты на проектирование и изготовление.

Сложность конструкции стендов КИ, их габариты в значительной степени зависят от конструкции панелей БС и механизмов их раскрытия, так как требования к обезвешиванию панелей БС и других элементов КА при их раскрытии во время испытаний приводят к необходимости проектирования сложнейших электропневмогидравлических и механических систем.

Неоднократные попытки унификации стендов КИ сдерживались различием конструкций БС и механизмов их раскрытия, требований к раскрытию их на стенде КИ.

В то же время унификация стендов КИ без учета требований испытаний БС возможна и она успешно осуществлена в ряде конструкций. Например, стенд КИ, изображенный на рис.4.9.1 и 4.9.2, создан для сборки, контрольной проверки, испытаний КА (без учета БС) с диаметром корпуса от 2 до 4,5 м и длиной (высотой) до 9 м. Испытания БС в этом случае должны быть сведены к минимуму и в полном объеме должны осуществляться на специальных средствах разработчика БС в заводских условиях.

В этом заключается проявление разумной тенденции – увеличение объема испытаний в заводских условиях на сложных стендах и сокращение объема испытаний на ТК. Это естественный и закономерный путь повышения надежности изделий и снижения их стоимости.

Такая постановка вопроса неизбежно приведет разработчиков КА к необходимости унификации самих БС и механизмов их раскрытия. Указанный выше стенд (рис. 4.9.1 и 4.9.2) состоит из двух одинаковых многоэтажных секций, каждая из которых, в свою очередь, состоит из четырех блоков, оборудованных выдвижными площадками, способными перемещаться в поперечном направлении. Соединенные между собой легкими переходными мостиками секции почти полностью охватывают КА, вертикально стоящий в центре на кантователе, обеспечивая таким образом подходы к КА с одной стороны практически в любом месте по высоте. Обслуживание другой стороны КА обеспечивается двумя фермами с лифтовыми выдвижными площадками, останавливающиемися на любом уровне. Ферма имеет возможность перемещаться и вращаться вокруг своей оси.

Рис.4.9.1. Стенд-кантователь: 1 – ферма обслуживания; 2 – ферма обслуживания передвижная; 3 – подставка; 4 – площадки обслуживания; 5 – платформа кантователя поворотная; 6 – платформа кантователя подвижная; 7 – кантователь

Рис.4.9.2. Стенд-кантователь (вид сверху): 1 – стапель обслуживания; 2 – ферма передвижная; 3 – подставка; 4 – место установки фермы; 5 – кантователь

Между стационарными секциями в районе переходных мостиков оставлено место для стационарной колонны, на которой смонтированы средства обезвешивания для испытаний элементов КА. Колонна стоит изолированно от стенда на собственном фундаменте, что очень важно, так как таким образом исключаются малейшие колебания и сотрясения от стенда. Стенд обеспечивает достаточно большой ход площадок и разные высоты обслуживания, что позволяет работать с разными КА.

В целях сокращения стоимости стендов КИ основной объем испытаний переносится на стенд автономных испытаний, который значительно легче поддается унификации и может быть существенно упрощен.

Вариант стенда КИ для обслуживания, сборки КА в вертикальном положении и проведения его КИ изображен на рис. 4.9.3.

Стенд имеет следующие размеры:

В состав стенда входят системы обезвешивания (СО) панелей, бленды, балки, а также электрооборудование, стапель, подставки и другое оборудование.

Рис.4.9.3. Стенд КИ: 1 – система обезвешивания (СО) панелей; 2 – СО горизонтальных панелей; 3 – СО балки; 4 – СО бленды

По составу оборудования видно, что стенд КИ – один из сложнейших. Из перечисленного набора систем обезвешивания следует выделить наиболее уникальные: СО балки, предназначенную для обезвешивания изделия при проверке работоспособности его приводов во всем диапазоне его функционирования (рис. 4.9.4 и рис. 4.9.5), и СО бленды (рис. 4.9.6).

Рис.4.9.4. Система обезвешивания балки: 1 – подставка: 2 – платформа; 3 – силовой параллелограммный транслятор; 4, 5 – пружинные механизмы; 6 – переходник; 7 – моментный узел; 8, 9 – тандеры

Рис.4.9.5. Кинематическая схема системы обезвешивания балки

Рис.4.9.6. Система обезвешивания бленды: 1 – основание; 2 – блоки; 3 – трос; 4 – направляющая: 5 – груз; 6 – бак; 7, 8 – площадки; 9 – кронштейн; 10 – «улитка»; 11 – защелка; 12 – шкив; 13 – груз; 14, 15, 20 – трос; 16 – балка; 17 – траверса

Первая из этих систем основана на способе приложения вертикального весокомпенсирующсго усилия в удобной для доступа к испытуемому объекту точке, смещенной от положения его центра масс, при одновременной компенсации вращающего момента, возникающего вследствие этого смещения. При этом весокомпенсирующее усилие создается пружинными механизмами 4 и 5 (рис. 4.9.4), взаимодействующими с силовыми звеньями транслятора 3, а постоянство вертикального направления этого усилия обеспечивается кинематической структурой транслятора 3. Компенсация вращающего момента обеспечивается моментным узлом 7. СО балки (рис. 4.9.4) включает в себя подставку 1; платформу 2; силовой параллелограммный транслятор 3; пружинные механизмы 4 и 5, связанные со звеньями параллелограммного транслятора 3; переходник 6, связывающий моментный узел 7 с прибором, и тандеры 8 и 9, обеспечивающие фиксацию силовых звеньев транслятора при транспортировании и подготовке к работе.

Для проведения работ, связанных с настройкой и испытаниями СО, в ее состав входит комплект инструментов, грузов и приспособлений. Диапазон усилий обезвешивания на данной СО – от 20 до 65 кгс, диапазон уравновешивающего момента – от 10 до 25 кг м, масса СО – 100 кг.

Кинематическая схема системы представлена на рис. 4.9.5. Пример расчета и обо значение позиций приведены в конце раздела 4.12 (Требования к проектированию систем обезвешивания).

Не менее интересной представляется и СО бленды (рис. 4.9.6). При раскрытии бленды, согласно техническому заданию, к ней должны быть приложены усилия обезвешивания, переменные по ходу раскрытия объекта и определяемые по заданному закону. Для обеспечения этого процесса к подвеске с блендой специальными грузами, перекинутыми через блок, прикладывается нагрузка с регулировкой возникающих усилий с помощью так называемой улитки (шкив с переменным расчетным профилем), а также с помощью поплавков переменного сечения, находящихся вместе с грузами в вертикальной емкости, наполненной водой, что расширило возможности регулирования усилий на бленду. Неудобства эксплуатации, связанные с наличием в сосуде значительного количества воды, привели к отказу от применения воды. Обеспечение нужной характеристики усилий было достигнуто за счет улиток и переменных по ходу грузов.

4.9.3. Стенд испытаний солнечных батарей

Большинство БС КА изготавливается из легких панелей, соединенных между собой шарнирами, позволяющими собирать их в виде компактной книжки. При открытии замка в космосе внутренние приводные устройства (как правило, это торсионные или другие пружины в шарнирах панелей или электроприводы) в заданной последовательности раскрывают эту конструкцию. Причем раскрытие производится как в горизонтальном направлении (вокруг вертикальных осей «страниц»), так и в вертикальном (вокруг горизонтальных осей).

Для осуществления испытаний подобного рода БС на космической станции «Мир» был разработан и изготовлен стенд (рис. 4.9.7 и 4.9.8). Он предназначен для автономной проверки БС космической станции «Мир» в условиях, имитирующих невесомость при монтаже БС на КА и проверке их раскрытия. На этом стенде основные, корневые, панели, собранные на петлях в гармошку, подвешиваются с помощью пружинных подвесок к кареткам, способным легко перемешаться по горизонтальной направляющей. Пружинные механизмы подвесок настроены на массу панелей и имеют очень малую жесткость, что обеспечивает постоянство усилий на панели при их раскрытии и перемещении по горизонтали.

Рис.4.9.7, Испытательный стенд (вид сбоку)

Техническая характеристика

Стенд находится в эксплуатации и показал высокую надежность.

Каретки, к которым крепятся подвески, охватывают направляющую роликами на шариковых подшипниках, предварительно, до монтажа, раскатанных на станке и имеющих минимальные потери на трение при перемещении.

Таким образом происходит раскрытие основных панелей в горизонтальном направлении. По мере их раскрытия механизмами БС раскрываются и боковые панели вокруг горизонтальных осей, которые взаимно обезвешивают друг друга своим весом за счет троса, перекинутого через шкив на подвеске (или закрепленного к рычагам на подвеске). Убирают панели в обратном порядке: сначала складываются боковые панели и лишь затем – основные.

Рис.4.9.8. Испытательный стенд (вид спереди): 1 – приспособление для работы с осветителем; 2 – осветитель; 3 – основание стенда; 4 – тележка для БС; 5 – боковая створка; 6 – имитатор посадочного места; 7 – БС; 8 – траверса; 9, 10, 11, 12 – тяги; 13 – СО; 14 – стрела; 15 – подвеска; 16 – направляющая

Жесткие требования к изготовлению испытательного оборудования в части допуска на усилие обезвешивания и усилие на страгивание кареток определяют повышенные требования к горизонтированию направляющей; чистоте ее поверхности, по которой двигаются ролики кареток; раскатке подшипников кареток; чистоте конструкции пружинных механизмов; отсутствию задиров, закусываний, касаний пружин о стенки направляющих цилиндров и т. п.

Рассмотренная схема БС является типичной для большинства крупных КА. Меняются размеры панелей, способы крепления к КА и кинематическая схема развертывания БС в космосе. В соответствии с этим меняются и схемы стендового оборудования. Для рассмотренной схемы развертывание панелей осуществляется в горизонтальном направлении на пружинных подвесках, перемещающихся по горизонтальному рельсу. Однако данная схема не является единственно возможной. Так например, существует схема раскрытия БС в горизонтальном направлении с использованием большой горизонтальной площадки, состоящей из нескольких десятков инструментальных цеховых плит размером 2×1,5 м, собранной с помощью съемных самоориентирующихся роликовых опор на шариковых подшипниках, установленных на каждой коренной панели. При кажущейся на первый взгляд простоте такой стенд при эксплуатации имеет ряд недостатков, ограничивающих его применение. Сборка стенда, состоящего из множества дорогостоящих инструментальных плит, достаточно трудоемкая и дорогостоящая; статически неустойчивая схема его опор, требующая защемления при креплении к панели, а значит передающая на нее изгибающий момент от силы трения между опорой и столом при перемещении, значительно снижает возможность применения стенда, хотя и были предприняты попытки снизить силы сопротивления при перемещении за счет установки на нем вместо роликовых – опор, передвигающихся по столу на воздушных подушках. Такая схема стенда требует длительной отработки из-за ряда специфических проблем, таких как неустойчивость при перемещении, наличие вибраций, недостаточная надежность. Поэтому схема на подвесках нашла более широкое распространение.

Вышеописанная схема раскрытия панелей не является единственной. Вместо пружинных подвесок часто используют подвески с противовесами. Вместо горизонтальной неподвижной направляющей применяют поворотные балки с горизонтальными направляющими, свободно перемещающиеся вокруг вертикальной оси.

Во всех схемах большое значение имеют массоинерционные характеристики стендовых механизмов раскрытия БС с точки зрения дополнительного нагружения панелей инерционными нагрузками со стороны стендового оборудования при автоматическом раскрытии БС от собственных механизмов. В связи с этим все подвески и рычаги систем должны быть выполнены с минимально возможными массами, что является основным требованием к любой конструкции механизмов раскрытия БС. В этом заключается сложность их проектирования и эксплуатации.

Несомненный интерес представляет стенд, изображенный на рис. 4.9.9, предназначенный для автономной проверки раскрытия БС перед установкой ее на КА. Этот стенд позволяет выполнять следующие операции:

• установку БС на опущенную поворотную балку;
• опускание стрелы с БС в горизонтальное положение;
• обезвешивание БС с помощью специальных пружинных механизмов на каретках;
• раскрытие БС при горизонтальном положении стрелы;
• подъем в вертикальное положение;
• раскрытие боковых секций БС в вертикальном положении;
• покачивание основания БС с панелями на угол ±30° при вертикальном положении БС;
• опускание раскрытой БС в горизонтальное положение;
• снятие электрических характеристик БС.

Рис.4.9.9. Стенд автономной проверки раскрытия БС: 1 – основание кантователя; 2 – силовые цилиндры; 3 – балка поворотная; 4 – пантографный механизм с подвесками и каретками; 5 – стрела; 6 – БС; 7 – балка; 8 – траверса

Уникальным элементом в данной системе является наличие пантографного устройства, соединенного со всеми каретками с целью синхронизации перемещения всех подвесок при раскрытии панелей БС. К сожалению, наличие большого количества шарнирных соединений привело к увеличению массы, дополнительному трению и необходимости введения специальных пружинных механизмов для их компенсации и стало причиной появления дополнительных инерционных нагрузок.

Выше были рассмотрены конструкции БС, имеющие относительно простые схемы раскрытия в горизонтальной плоскости. Однако нередко БС, антенны и различные приборы при раскрытии в космосе описывают сложные кривые, что приводит к необходимости проектировать сложнейшие схемы приложения переменных нагрузок по ходу раскрытия объекта (усилий, моментов) с использованием кулачковых, улиточных механизмов, патефонных пружин, поплавковых механизмов с переменным погружением (рис. 4.9.6).

Примером могут служить работы, выполненные по блоку БС КА Е-2. Панели этого блока имеют внушительные размеры – около 80 м², то есть примерно такие же, как у космической станции «Мир».

Наземная отработка раскрытия БС осуществлялась на стенде проверки (рис. 4.9.10), имеющем следующие характеристики:

При таких характеристиках стенда была обеспечена возможность безопасного раскрытия панелей БС, по сути вручную, последовательно подстыковывая к элементам БС различные обезвешивающие устройства. В данном случае создатели БС не затруднили себя заботой о возможности создания условий космоса при испытании их на стенде в земных условиях, как это было сделано на космической станции «Мир».

Однако тенденция к увеличению площади БС при сохранении массы полезной нагрузки будет продолжаться и впредь, а это значит, что независимо от желания разработчика БС сама жизнь заставит создавать такие схемы укладки панелей, которые позволят развертывать БС при испытаниях в земных условиях. То есть, разрабатывая БС, необходимо сразу разрабатывать и схему наземных испытаний. К этому заключению уже пришли многие разработчики КА, которые в последние годы сами разрабатывают стендовое оборудование для испытаний БС как в заводских, так и в полигонных условиях, что является, безусловно, положительным фактором.

Рис.4.9.10. Стенд проверки солнечных батарей: 1 – тележка; 2, 3, 4, 5, 7 – опоры; 6, 9 – штора; 8 – универсальная тележка

Стенд испытаний БС, изображенный на рис. 4.9.11, представляет собой комплект, состоящий из кантователя и стенда-подставки. Стенд-подставка (рис. 4.9.12) предназначен для автономных испытаний штанги БС.

Техническая характеристика стенда-подставки

При автономных испытаниях кантователь обеспечивает установку и надежное закрепление пакета БС, кантование его на угол ±360° с фиксацией через каждые 90°, развертывание концевой панели БС с обезвешивающим устройством и засветку панелей. Обезвешивание концевых панелей БС производится с помощью пружинной подвески в поворотном рычаге, свободно вращающемся вокруг вертикальной оси, расположенной в непосредственной близости к оси вращения концевой панели.

Подставка для АН штанг БС обеспечивает возможность поворота с обезвешиванием: концевого звена штанги в горизонтальном положении – на угол 90 и 174° для различных КА, первого промежуточного звена – на 180°, коренного звена – на 96,5°.

Рис.4.9.11. Стенд испытаний БС: 1 – СО БС; 2 – рама поворотная; 3 – рама съемная; 4 – тандер; 5 – кронштейн; 6 – трап; 7 – рама; 8 – стойка; 9 – шильдик; 10 – колесная стойка; 11 – домкрат

Рис.4.9.12. Схема-подставка для испытаний штанги: 1 – тележка; 2, 3 – механизм обезвешивания; 4 – корневое звено; 5 – первое промежуточное звено; 6 – второе промежуточное звено; 7 – концевое звено; 8 – механизм рычажный

Обезвешивание элементов штанг производится с помощью пружинных опор, вмонтированных на концах внешнего звена двух- и трехзвенных механизмов, расположенных под штангами.

Стенд отличается компактностью, мобильностью (он базируется на тележках с колесными стойками) и небольшой массой – 770 кг .

На рис. 4.9.13, 4.9.14 и 4.9.15 даны графические изображения еще нескольких вариантов конструкций стендов. Ниже приведены их краткие характеристики, которые дают представление о назначении и габаритах.

Рис.4.9.13. Вариант стенда комплексных испытаний

Стенд предназначен для проведения предполетной подготовки и сборки КА. Он обеспечивает удобство подхода к местам обслуживания аппарата при монтажно-демонтажных работах; подсоединение испытательного и контрольно-проверочного оборудования; проведение проверок на функционирование раскрывающихся элементов КА (штанг, антенн, солнечных батарей) с имитацией условий пониженной гравитации.

Техническая характеристика

Рис.4.9.14. Вариант стенда комплексных испытаний

Стенд предназначен для предполетной подготовки КА типа «Гейзер» и «Гелиос», навески (установки) механически открывающихся элементов антенно-фидерных устройств, панелей и штанг насоса БС, а также для проведения электрических проверок КА. Он позволяет проводить механические испытания элементов антенно-фидерных устройств и БС с имитацией условий пониженной гравитации.

Техническая характеристика стенда

Рис.4.9.15. Ферма обслуживания

Ферма предназначена для вертикальной сборки КГЧ. Она представляет собой сварную вертикальную конструкцию, поворачивающуюся вокруг вертикальной оси с помощью ручного привода. По ферме передвигается подъемник с вьдвижными площадками. Подъемник снабжен ручным приводом для передвижения по ферме и ручным приводом для выдвижения площадок.

Создано несколько модификаций: ферма, перемещающаяся по ж/д колее; ферма, перемещающаяся на обрезиненных колесах, и ферма, имеющая подъемник с электроприводом.

Техническая характеристика

На рис. 4.9.16 представлено девять основных, принципиальных, схем СО, которые заложены в большинство созданных на сегодняшний день стендах КИ.

Рис.4.9.16. Принципиальные схемы системы обезвешивания (СО)

Схема № 1 — система с балкой, имеющей вертикальную ось вращения, совпадающую с осью вращения раскрываемой панели, блока БС или другого объекта КА, раскрываемого в космосе. Объект подвешен на пружинном механизме-компенсаторе, имеющем очень малую жесткость.

Схема № 2 – система с такой же балкой, как и в схеме № 1, по весовая компенсация здесь обеспечена навеской грузов с помощью троса, перекинутого через блок, установленный таким образом, что оси вращения балки совпадают с осью груза (троса). В отличие от схемы № 1 эта схема позволяет объекту выходить из плоскости в пределах хода груза.

Схема № 3 – предназначена для случая перемещения объекта обезвешивания в горизонтальной плоскости в пределах круга, описываемого балкой. Она отличается от схемы № 1 тем, что подвеска траверсы закреплена к балке не жестко, а через каретку, способную перемещаться по направляющей балки. Схема обеспечивает как прямолинейное, так и любое криволинейное движение объекта в пределах описываемого круга.

Схема № 4 – более универсальная схема, которая в отличие от схемы № 3 способна сопровождать объект (с обезвешиванием) по любой форме пути его движения в пределах описываемого балкой круга.

Схема № 5а – основана на применении двухзвенного механизма, обеспечивающего любое перемещение точки крепления подвески в пределах описываемого балкой круга. В зависимости от способа подвески она функционально может конкурировать со схемой № 4, например в случае применения грузов в качестве компенсатора перемещений по вертикали.

Схема № 5б – отличается от схемы № 5а лишь тем, что панель БС не подвешивается к двухзвенному механизму, а подпирается снизу пружинным механизмом, настроенным на вес обезвешиваемых элементов.

Схема № 6 – наиболее универсальная из всех рассмотренных схем, к тому же она имеет возможность компенсации момента силы тяжести при несовпадении центра масс объекта с точкой его закрепления на СО. К сожалению, эта схема достаточно сложная, требует большой подготовительной работы и высокой квалификации обслуживающего персонала.

Схемы № 7 и 8 – опорные схемы СО при раскрытии панелей БС в горизонтальной плоскости с опорой на горизонтальную плоскость. По схеме № 7 опорой является вертикальная стойка с ориентирующимся колесиком, а по схеме № 8 – стойка с воздушной подушкой.

Основным требованием к проектированию СО является обеспечение минимальной силы сопротивления раскрытию БС, то есть суммарной силы трения в шарнирных соединениях, роликах и блоках тросов. Сила инерции также влияют на работу СО. Приходится бороться за снижение сил трения при качении по направляющим элементам стенда; чистоту поверхности качения и снижение коэффициента трения качения подшипников (многочасовая раскатка подшипника на станке), а также осуществлять замену или удаление консистентной смазки в подшипнике, позволяющую заметно снизить коэффициент трения качения. Обычно в техническом задании на создание СО выдается величина силы сграгивания механизма раскрытия стенда. Как правило, она задается в граммах двузначным числом в пределах от 20 до 100 г.

Проверка этого усилия при испытаниях осуществляется специальным измерительным прибором – граммометром, доставляющим конструкторам немало хлопот при отработке стенда. Сопротивление передвижению кареток или роликов по направляющим СО зависит не только от силы трения, по и от правильности установки направляющей, отклонения ее от горизонтали, отклонения вертикальных осей поворота направляющих от вертикали. Все это накладывает отпечаток на конструкцию элементов СО в части обеспечения точной настройки стенда (его геометрических параметров) и способа ее контроля (отвесы, наличие специальных мест для контроля вертикальности или горизонтальности с помощью квадранта или других оптических приборов).

При проектировании и эксплуатации СО следует помнить о большой стоимости БС и другого обезвешиваемого оборудования (разного рода антенны, приборы и т.п.). Их поломка от соударения с чем-то или падения на пол чреваты большим материальным ущербом и задержкой в проводимых работах. Поэтому внимательно относятся к расчетам на прочность. Переутяжеление конструкции также нежелательно из-за роста инерционных сил.

Помимо прочностных расчетов и расчетов сопротивления при качении роликов по направляющим при проектировании СО приходится выполнять их кинематические расчеты, о чем уже упоминалось при описании стенда КИ (рис. 4.9.5), и расчеты профилей так называемых улиток, трансформирующих усилия по тросу в соответствии с требованиями ТЗ на СО, и т.д.

Характерной особенностью проведения испытаний БС, штанг, бленд, антенн и других комплектующих систем и агрегатов КА, подвергаемых раскрытию в космосе, является то, что эти элементы представляют собой чрезвычайно хрупкие конструкции, с которыми во избежание поломки дорогостоящих объектов испытаний в земных условиях при испытании на стенде КИ следует работать крайне осторожно, строго выполняя инструкции по эксплуатации и не допуская отклонений от требований технической документации. Для проведения испытаний требуется большое внимание как при подготовке стенда к работе, так и при навеске объектов испытаний на СО стенда. Категорически не допускаются соударения элементов стенда с элементами КА, натяги соединительных элементов СО, малые зазоры.

Выводы

1. Основываясь на проведенном анализе и учитывая недостатки конструкций стендов КИ, их усовершенствование можно обеспечить путем унификации:

• стапелей, рассчитанных на обслуживание КА с широким диапазоном конструктивных параметров:
• подставок и рам-стендов, позволяющих при минимальных переналадках обеспечивать работу с различными КА;
• СО, а также путем сокращения количества проверяемых параметров и перехода к бескрановой технологии работ при КИ.

2. В настоящее время в эксплуатации находится ряд оснащенных СО стендов, с помощью которых проводятся испытания отдельных элементов КА, работающих в условиях пониженной гравитации.
   Опыт проектирования и эксплуатации стендов КИ подсказывает, что:

• испытание БС на функционирование в полном объеме целесообразно проводить в заводских условиях на специальном унифицированном рабочем месте, оснащенном необходимыми СО;
• на космодроме следует иметь лишь стенды для навески на КА блоков БС и другого оборудования, раскрываемого в космосе, а также для раскрывания (закрывания) их в ручном режиме с обезвешиванием для проведения засветки.

3. При проектировании механизмов обезвешивания необходимо особое внимание обращать на соблюдение жесткостных параметров элементов конструкции, особенно элементов, работающих на кручение, так как даже незначительные деформации приводят к отклонениям вертикальных осей вращения, а отклонения направляющих от горизонтальной плоскости и т.п. приводят к отрицательному результату, то есть к невыполнению требований разработчика БС (превышению допустимых нагрузок).

4.10. Использование опыта создания унифицированного оборудования

Созданные в составе ТК комплекты механотехнологического оборудования в целом обеспечили с требуемой надежностью подготовку всех РКН к пуску и транспортировке их на действующие СК нашей страны.

В процессе разработки и эксплуатации этого оборудования накоплен обширный опыт, позволяющий выявить положительные стороны и недостатки работы отдельных агрегатов систем, которые должны учитываться при создании новых образцов механотехнологического оборудования.

4.10.1. Подъемно-перегрузочное оборудование

Наиболее отработаны и хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации траверсы балочного типа в комплекте с канатами и переходниками, имеющие высокую степень унификации как по грузоподъемности, так и по конструктивным параметрам. Длительное время эксплуатируемые (для подъема составных частей КА и оборудования) стропы типа А71677-6, А71677-7 мо1уг и в дальнейшем применяться для оснащения рабочих мест МИ Ка.

Средства бескрановой перегрузки в МИКах применяются редко из-за того, что традиционно они оснащаются мостовыми кранами.

4.10.2. Стендовое оборудование

Современный технический уровень развития монтажно-стендового оборудования требует применения стендов КИ повышенной надежности, минимального времени на проведение операций с конкретным КА и на переналадку, а также применения минимальной номенклатуры оборудования.

Стенды КИ раньше разрабатывались под конкретный КА, так как требования к комплексным электрическим испытаниям у всех КА различны. В настоящее время в связи с сокращением объема электроиспытаний стенды КИ являются универсальными, спроектированными под базовые КА.

Основными требованиями, предъявляемыми к стендам КИ, являются:

• возможность установки и обслуживания КА в вертикальном, горизонтальном, а иногда и в двух положениях;
• возможность подвода электрокоммуникаций к КА;
• возможность раскрытия отдельных элементов КА с их обезвешиванием ;
• возможность выставки КА с высокой точностью при проведении испытаний систем управления и ориентации.

4.10.3. Монтажно-стыковочное оборудование

Электромеханические кантователи на протяжении длительного времени проектировались под конкретные характеристики КА без учета перспективного использования. В последнее время поддерживается тенденция к разработке унифицированных кантовочных устройств гидравлического и смешанного принципа действия, которые охватывают широкий диапазон характеристик кантуемых КА как по габаритам, так и по массе. Данные кантовочные устройства благодаря применению гидравлических приводных устройств имеют существенные преимущества перед электромеханическими:

• плавность хода;
• исключение давления «тряски» КА при движении;
• унификация стыковочных элементов, что дает возможность устанавливать КА любого типа посредством применения переходных элементов.

Однако стремление к унификации привело к тому, что некоторые кантовочные устройства имеют в своем составе сложнейшие системы обеспечения поворота КА в нескольких плоскостях, что значительно усложняет конструктивные и эксплуатационные характеристики и, соответственно, удорожает их создание.

На основании проведенных исследований установлено, что основными конструктивными критериями кантовочных устройств должны являться простота и надежность их эксплуатации, а в единичных случаях оправданными могут быть и затраты на создание уникальных конструкций.

4.10.4. Средства обслуживания

До настоящего времени разработка оборудования велась с учетом требования обслуживания каждого КА на отдельном рабочем месте. На основании проведенного анализа ранее разработанных стендов можно предположить, что на новых ТК необходимо более широко применять универсальные средства обслуживания. Разработка новых средств обслуживания должна вестись с учетом максимальной возможности обслуживания КА различного типа как в вертикальном, так и в горизонтальном положениях.

4.10.5. Транспортное оборудование

Агрегаты, предназначенные для транспортирования, должны иметь быстросъемные или быстропереналаживаемые кузова, кожухи или ограждения, удовлетворяющие требованиям поддержания чистоты; защиты изделий от осадков, пыли и механических повреждений. Конструкция кузова таких агрегатов должна обеспечивать их переналадку на различные габариты с целью иметь возможность размещения и транспортирования изделий различного класса.

Для сокращения времени погрузки изделий кузова агрегатов могут быть выполнены как со съемными, так и с раскрывающимися крышами или сходящими с платформ по продольной оси в разные стороны. При сходе с платформы кузова должны устанавливаться на пол сооружения с помощью откидных опор или домкратов. Одним из направлений развития специальных железнодорожных агрегатов является создание базовых агрегатов как с комплектом опор или выдвижных рам, так и без них.

4.11. Монтажно-испытательный корпус для подготовки ракетно-космических средств

4.11.1. Классификация строительных сооружений
и их основные параметры

На космодроме подготовка ракетно-космических средств (КА, КГЧ, РБ, РКН, РН) производится в производственных помещениях строительных сооружений на выделенных площадках, предназначенных для размещения ТК. Основными такими строительными сооружениями являются МНКи.

МНКи подразделяются по целевому назначению (МИК РН, МИК КА, МИК РН и КА); технологии сборки РН (горизонтальная или вертикальная сборка) и по типу (четыре типа в соответствии с разными классами РН и КА). Так, МИК типа I предназначен для подготовки РКН с нормативной стартовой массой свыше 1500 т, типа II – для подготовки РКН массой от 500 до 1500 т, типа III – для подготовки РКН массой от 150 до 500 т и типа IV – для РКН массой менее 150 т.

Учитывая, что в России традиционно используется в основном только технология горизонтальной сборки ракет, общее классификационное обозначение корпуса (например, МИК РН и КА типа III) не дает полного представления о сооружении (хотя бы о его размерах). Поэтому в общее классификационное обозначение корпусов введен дополнительный показатель – количество рабочих мест, объектов подготовки, РН и КА (КГЧ), а в случаях «смешанных» МИКов – соотношение количеств рабочих мест РН и КА (КГЧ), то есть индекс комбинирования (например, МИК РН и КА (3 : 8) типа III).

При наличии в одном МИКе рабочих мест РН и КА разного класса тип сооружения определяется по наибольшему классу РН или КА.

В технологических паспортах классификация всех сооружений выполнена по стартовой массе РКН. Такой подход не учитывает существенную разницу в стартовой массе РКН разных видов, относящихся к классу IV (менее 150 т), отражающуюся на габаритах и сложности проектируемых сооружений. Поэтому внутри класса IV условно выделено два подкласса: IV* (от 15 до 50 т) и IV** (менее 15 т).

Классификация таких сооружений, как МНК, только по целевому назначению и типам является общей и не дает полного представления о них. Поэтому для решения вопросов, связанных с практическим проектированием, необходимо использовать большее число классификационных признаков. Дополнительно разработана многомерная классификация сооружений типа МИКа. Для построения этой классификации было выделено две группы признаков – функционального назначения и конструктивно-проектировочные.

К признакам функционального назначения кроме целевого назначения МИК и принадлежности объектов подготовки к классу РКН относятся;

• степень подготовки объекта (предварительная или полная);
• схема технологии работ с объектом (параллельная, последовательная или смешанная);
• количество одновременно готовящихся объектов (по количеству рабочих мест в монтажных залах);
• функциональное назначение объектов подготовки;
• тип топлива, применяемого в двигателях объектов подготовки (жидкое или твердое).

Конструктивно-проектировочные признаки, в свою очередь, подразделяются на три группы.

Первая группа – тип объемно-планировочного решения МИКа: количество, размеры и взаимное расположение (параллельное, последовательное, смешанное) монтажных залов; количество и этажность лабораторной пристройки; общее конструктивное решение МИКа (каркасно-монолитный, каркасно-панельный, панельный и т.д.).

Вторая подгруппа – сложность МИКа как объекта проектирования, которая определяется по: составу – в зависимости от количества систем, имеющих определенное назначение (категория 1 с – при количестве самостоятельных систем меньше 10:2с – от 10 до 10²; 3с – от 10² до 10³; 4с – от 10³ до 10⁴; 5с – от 10⁴ до 10⁵); функциям – в зависимости от количества различных функций, определяющих назначение МИКа (суперполифункциональные – при числе функций [ф]>10, полифункциональные – 1<[ф]<10, монофункциональные [ф]=1); количеству необходимых внешних связей (много-многовнешнесвязанные—при количестве необходимых внешних связей [В]>100, многовнешнесвязанные – 10<[В]<100, внешнесвязанные – 1<[В]<10); и функциональной структуре – в зависимости от количества функциональных связей внутри сооружения между выделенными системами (категория 1ф при количестве связей <10²,2ф – от 10²до 10⁴, 3ф – от 10⁴ до 10⁶ 4ф – от 10⁶до 10⁸,5ф – >10⁸).

Третья подгруппа – тип сооружения (сборный, сборно-разборный); степень унификации (модульности) МИКа (модуляризация на макро-, микро- и промежуточных уровнях), связанная с принципом совместимости (размерная, функциональная и т.д.).

Помещения подразделяются по назначению на 5 групп: 1 – производственные помещения, в которых осуществляются технологические операции по подготовке РН и КА; 2 – технические помещения, в которых размещено оборудование, обеспечивающее выполнение технологических операций; 3 – служебные помещения; 4 – бытовые помещения и 5 – эвакуационные помещения, предназначенные для обеспечения связей между помещениями и сооружениями и для эвакуации обслуживающего персонала.

К 1-й группе относятся помещения технологических систем и лабораторий (пультовые, аппаратные и лаборатории различного технологического назначения).

Ко 2-й группе относятся помещения «технических систем» (трансформаторные, электрощитовые, генераторные, агрегатные и пультовые СНЭСТ; вентиляционные шахты и камеры, диспетчерские; насосные; узлы связи и АТС; помещения ввода коммуникаций, бытовые помещения).

Помещения 3- и 4-й групп условно объединены в административно-вспомогательные помещения (граница между этими группами часто весьма условна). Это кабинеты членов госкомиссий, главных конструкторов и командиров войсковых частей; приемные; рабочие комнаты; техархивы; машбюро; помещение дежурных; подсобные помещения; гардеробы; пункты питания и медицинские пункты. К административно-вспомогательным помещениям отнесены также кладовые ЗИПа, инструментов, расходных материалов и т.д., причисленные к группе 2 (хотя они не обеспечивают технического обслуживания технологических операций).

Помещения группы 5 (коридоры, тамбуры, холлы, вестибюли, лифтовые шахты, лестничные клетки) не относятся к «полезной» площади.

В качестве примера, дающего общее представление о МИКе, ниже приведены основные технические характеристики МИКов, расположенных на площадке 92 космодрома Байконур (сооружения 92-1, 92-2В и 92А-50).

Сооружение 92-1 (рис. 4.11.1) введено в эксплуатацию в 1964 году. В сооружении расположены ТК РН, три ТК КА и унифицированный ТК для сборки КГЧ и стыковки ее с РН.

Основные технические характеристики:

	Габаритные размеры, м:
	ширина	– 49,52
	длина	– 119,00
	высота	– 22,90

Основные строительные характеристики:

	количество монтажно-испытательных залов	– 1
	количество технологических блоков	– 2
	количество производственных этажей	– 2 и 3
	общая площадь застройки, м2	– 5892,9
	в том числе площадь:
	монтажно-испытательных залов	– 3570,0
	помещения блоков	– 5288,0
	общий строительный объем, м3	– 92757,6

Рис.4.11.1. Сооружение 92-1

Технические системы МИКа:

	Трансформаторная подстанция:
	количество	– 1
	общая мощность, кВА	– 2×560
	Система кондиционирования:
	центральная приточно-вытяжная        с рециркуляцией воздуха
	расход холодной воды, м3/ч	– 65,0
	расход горячей воды, м3/ч	– 8,5
	Система канализации:
	объем стоков, м3/ч	– 1,8
	Грузоподъемные механизмы:
	количество кранов	– 2
	тип крана	– электрический, мостовой
	грузоподъемность, т	– 50/10
	высота подъема, м	– 14,3/22,0
	обслуживаемая площадь, м2	– 3288
	Ворота:
	количество	– 4/1
	тип ворот	– распашно-откатные с электроприводом
	размер проемов, м	– 4,7×5,6/8,4×10,0
	Железнодорожные пути:
	количество	– 3
	тип	– стандартные, по СНиП Ш-39-76
	расстояние между осями, мм	– 1520
	нагрузки от оси транспортного средства, т	– 70,0
	Пультовые:
	количество помещений	– 34
	суммарная площадь помещений, м2	– 2878
	Системы пожаротушения:
	тип	– водяная, ручная
	Чистота воздуха	– кл. 4-5 (по ОСТ 92-0069-86)

Сооружение 92-2В (рис. 4.11.2) – первая очередь введена в эксплуатацию в 1992 году. В сооружении расположено два ТК КА.

Основные технические характеристики:

	Габаритные размеры, м:
	ширина	– 69,12
	длина	– 79,42
	высота	– 22,21

Основные строительные характеристики:

	количество монтажно-испытательных залов	– 1
	количество технологических блоков	– 2
	количество производственных этажей	– 4
	общая площадь застройки, м2	– 12 252,0
	в том числе площадь:
	монтажно-испытательных залов	– 2340,0
	помещения блоков	– 5540,7
	Общий строительный объем, м3	– 22361,0

Рис.4.11.2. Сооружение 92-2В

Технические системы МИКа:

	Трансформаторная подстанция:
	количество	– 4
	общая мощность, кВА	– 4000
	Система кондиционирования:
	расход холодной воды, м3/ч	– 78,12
	расход горячей воды, м3/ч	– 12,00
	Система канализации:
	объем стоков, м3/ч	– 3,77
	Грузоподъемные механизмы:
	количество кранов	– 2
	тип крана	– электрический, мостовой
	грузоподъемность, т	– 16
	высота подъема, м	– 14,8
	обслуживаемая площадь, м2	– 2064
	Ворота:
	количество	– 2
	тип ворот	– откатные с электроприводом
	размер проемов, м	– 6,0×7,2; 4,7×5,6
	Железнодорожные пути:
	количество	– 3
	тип	– стандартные, по СНиП Ш-39-76
	расстояние между осями, мм	– 1520
	нагрузки от ось, т	– 40
	Пультовые:
	количество помещений	– 48
	суммарная площадь помещений, м2	– 2672,2
	Системы пожаротушения:
	тип	– газовая и водяная, автоматическая (СГП) и ручная
	Чистота воздуха	– кл.4-5 (по ОСТ 92-0069-86)

Сооружение 92А-50 (рис. 4.11.3) принималось в эксплуатацию поэтапно с 1980 по 1990 год, а до 2000 года находилось в реконструкции.

На первом этапе, который завершился в рекордно короткие сроки (1998 год), реконструкции подверглись два монтажно-испытательных зала, в которых были размещены рабочие места подготовки КА и КГЧ и на них созданы условия, соответствующие мировым стандартам.

На втором этапе работ, завершившемся в мае 2000 года, был подвергнут реконструкции основной монтажно-испытательный зал с пристройками для размещения рабочих и офисных помещений, в котором производится сборка и подготовка РН «Протон-М» на двух рабочих местах, а также размещаются рабочие места для подготовки КА и РБ; завершена модернизация общетехнических систем обеспечения жизнедеятельности корпуса.

В настоящее время МИК 92А-50 на космодроме Байконур является уникальным производственным сооружением, наиболее полно отвечающим международным стандартам, регламентирующим требуемые условия подготовки РН, РБ и КА.

Рис.4.11.3. Сооружение 92А-50

Основные технические характеристики:

	Габаритные размеры, м:
	ширина	– 145,8
	длина	– 29,9
	высота	– 29,9

Основные строительные характеристики:

	количество монтажно-испытательных залов	– 4
	количество технологических блоков	– 3
	Количество производственных и технических этажей	– 10
	общая площадь застройки, м2	– 150 447
	в том числе площадь:
	монтажно-испытательных залов	– 15 134
	технического подполья	– 35 090
	помещения блоков	– 100 223
	Общий строительный объем, м3	– 955 872

Технические системы МИКа:

	Трансформаторная подстанция:
	количество	– 10
	общая мощность, кВт	– 20 000
	Система кондиционирования:
	расход холодной воды, м3/ч	– 155
	расход горячей воды, м3/ч	– 56
	Система канализации:
	объем стоков, м3/ч	– 112
	Грузоподъемные механизмы:
	количество кранов, шт.	– 8
	тип крана	– электрический, мостовой
	грузоподъемность, т	– 16
	4-х кранов	– 50/10
	4-х кранов	– 100/10
	высота подъема, м	– 21
	Ворота:
	количество	– 3
	тип ворот	– распашные, откатные
	размер проемов, м	– 6,0×7,2; 4,7×5,6
	распашные	– 4,8 × 5,4
	откатные	– 10,0 × 12,0
	Железнодорожные пути:
	количество	– 13
	тип	– нормальная колея
	расстояние между осями, мм	– 1520
	нагрузки от ось, т	– 28
	один специальный железнодорожный путь с шириной колеи, мм	– 3000
	нагрузка на ось специального железнодорожного пути, т	– 40
	один сквозной железнодорожный путь нормальной колеи с нагрузкой на ось, т	– 70.

4.11.2. Основные принципы проектирования новых и реконструкции существующих сооружений

Строительство сооружений ранее велось по классической схеме: возводилось строительное сооружение и все необходимые для нормальной его жизнедеятельности технические системы (энергоснабжение, отопление, водоснабжение, связь и т.д.). Сдача сооружения в эксплуатацию производилась совместно с основными техническими системами, обеспечивающими его жизнедеятельность. Такой подход затягивал сроки строительства, требовал единовременного вложения в производство больших финансовых средств. Многолетний опыт работ показал, что более рационально использовать блочную компоновку сооружения. При этом каждый блок корпуса имеет определенное технологическое назначение. Конструкция каждого из них выполняется так, что она позволяет вести его строительство независимо от других блоков. Такими блоками при отработке КА могут являться:

• блок электрических испытаний (ЭИ), предназначенный для создания на его площадях рабочих мест для электрических комплексных испытаний КА и размещения соответствующего технологического оборудования, пультовых, аппаратных и лабораторий, а также оборудования технических систем создаваемого ТК;
• блок автономных испытаний (АН), предназначенный для создания на его площадях рабочих мест для проведения АИ антенно-фидерных устройств и БС и контрольно-юстировочных работ с КА;
• блок погрузочно-разгрузочных работ (ПРР), предназначенный для проведения всех погрузочно-раз1рузочных работ с КА в процессе подготовки его на ТК, начиная с момента приема КА после доставки с завода-изготовителя;
• блок монтажно-сборочных работ (МСР), предназначенный для проведения всех видов монтажно-сборочных работ при подготовке КА на ТК;
• блок пневмовакуумных испытаний (ПВИ), предназначенный для размещения вакуумных установок типа ВУ-200В и ВУ-600Г и оборудования, необходимого для проведения пневмовакуумных испытаний КА, например течеискателей, раздаточных пневмощитов и т.д.;
• безэховая камера (БЭК), предназначенная для испытаний отдельных систем, входящих в состав КА, на электромагнитную совместимость и системы сближения и стыковки КА на орбите;
• инженерный блок (ИБ), предназначенный для размещения пультовых и лабораторий, связанных с проведением испытаний КА;
• блок наземного технологического комплекса измерений (НТК СИ), предназначенный для размещения аппаратуры наземных приемно-регистрирующих станций типа «Вершина-2»; комплекса регистрации, обработки, документирования и отражения информации типа ВЛ-1033М; автономного комплекса телеметрических систем для связи с КА при нахождении его на СП и на активном участке полета;
• блок единого информационного вычислительного комплекса (ЕИВК), предназначенный для размещения аппаратуры АСУ, унифицированного ТК, вычислительных средств, лабораторий подготовки программ испытаний и специального математического обеспечения, а также сервисных служб и копировально-множительной аппаратуры.

На рис. 4.11.4 и 4.11.5 представлено два варианта создания корпусов для размещения МСТК. В каждом из вариантов компоновка корпуса выполнена из отдельных блоков, самостоятельно функционирующих в процессе эксплуатации и имеющих определенное технологическое назначение. Конструкция каждого блока выполняется так, что она позволяет вести строительство блока независимо от других, смежных с ним блоков. Такая автономность блоков обеспечивает строительство корпуса в несколько очередей.

В первом варианте (рис. 4.11.4) компоновка блоков в корпусе выполнена в виде линии, и этот вариант получил название линейного. Блоки корпуса скомпонованы в основном по ходу выполнения операции технологического цикла подготовки КА на ТК. Число перекрещивающихся потоков при перемещении КА из одного блока в другой при подготовке нескольких КА на ТК минимальное.

По своему технологическому назначению в состав корпуса первого варианта входят блоки ЭИ, ПРР, МСР, АН, ПВИ, НТК СИ, ЕИВК, БЭК, ИБ, а также блок макетных изделий и административно-лабораторный блок.

Кроме этого в составе корпуса предусмотрены въездной тамбур, транспортная галерея и столовая.

Под каждым блоком, за исключением въездного тамбура, предусмотрены подпольные помещения. Пол этих помещений имеет отметку –6.000.

Рис.4.11.4. Планировка перспективного МИКа (вариант 1)

Посадка корпуса выполнена следующим образом. Нулевая отметка помещений корпуса находится на одном уровне с нулевой отметкой поверхности земли.

Блоки в корпусе второго варианта (рис. 4.11.5) скомпонованы так, что они примыкают к двум транспортным галереям. Галереи относительно друг друга расположены перпендикулярно и в плане образуют крест. Поэтому данный вариант компоновки корпуса называется крестообразным. Корпус скомпонован из тех же по своему технологическому назначению блоков, как и в первом варианте. Посадка корпуса выполнена аналогично первому варианту. Под всеми блоками предусмотрены технологические помещения.

Рис.4,11.5. Планировка перспективного МИКа (вариант 2)

Основными недостатками компоновки этого корпуса являются:

• значительное количество перекрещивающихся потоков при перемещении КА из одного блока в другой в процессе его подготовки на ТК;
• транспортные линии для перемещения КА в корпусе из блока в блок имеют длину в 1,5 раза, а для некоторых блоков и в 2 раза больше по сравнению с длиной в первом варианте компоновки корпуса;
• блоки НТК СИ и ЕИВК размещены по отношению к блокам ЭИ так, что расстояние по кабелю от блока НТК СИ до блока ЭИ составляет не менее 300 м при допустимой длине кабеля для некоторых систем измерений до 200 м. Расстояние по кабелю от блока ЕИВК до блоков ЭИ также будет не менее 300 м при допустимой длине кабеля для отдельных систем, которые будут размещены в блоке ЕИВК, не более 200 м;
• компоновка корпуса приводит к необоснованному увеличению общей площади застройки корпуса и увеличению стоимости строительно-монтажных работ.

4.12. Проектирование ТК

Как уже отмечалось, проектирование ТК осуществляется в соответствии с ТТЗ Заказчика и согласованными техническими требованиями (исходными данными), выдаваемыми головными предприятиями-разработчиками РН, РБ, КА, КГЧ.

Общие требования к проектированию наземных объектов ракетной техники и их оборудования изложены в главе 1 (разделы 1.5 и 1.6), в которых в соответствии с ГОСТами, ОСТами, РК-98-КТ, ЕСКД и другими нормативными документами, принятыми для использования в ракетно-космической отрасли, а для строительных сооружений – в СНиПе, отражены этапы проектирования, выполняемые объемы работ, содержание и порядок их проведения, присваемые литеры и т.д.

В связи с этим в настоящем разделе основное внимание сосредоточено на расчетных нормативах, используемых при проектировании оборудования ТК.

4.12.1. Основные расчетные нормативы на проектирование оборудования ТК

Для проведения расчетов на прочность и при разработке конструкторской документации подразделениями предприятий приняты в качестве справочного материала основные нормативы, разработанные на основе ГОСТ В 17418-72 («Агрегаты подъемно-установочные. Основные расчетные нормативы на проектирование и испытания») и ГОСТ В 23357-79 («Агрегаты наземного технологического оборудования. Основные расчетные нормативы на проектирование и испытания»).

Основные нормативы определяют выбор запасов прочности коэффициентов увеличения испытательной нагрузки; перегрузок при подъеме, эксплуатации и транспортировании изделий, разработчиком которых является ФГУП «ОКБ «Вымпел».

В зависимости от требований, предъявляемых к расчету и испытаниям, изделие может включать в себя несущие конструкции, механизмы и пневмогидравлические системы.

К несущим конструкциям относятся металлические рамы, колонны, балки, ложементы, фермы, площадки, лестницы, ограждения, грузовые макеты, а также все силовые элементы конструкции, неподвижно связанные с перечисленными сборочными единицами.

К механизмам относятся тормоза, грузозахватные приспособления, страховочные усфойства, оттяжки, гидравлические и винтовые домкраты, лебедки, то есть детали и сборочные единицы, подвижные под нагрузкой относительно несущих конструкций.

К пневмогидравлическим системам относятся детали и сборочные единицы, находящиеся непосредственно под давлением рабочей среды.

Расчетные нагрузки

К расчетным относятся нагрузки, возникающие при эксплуатации изделия. Расчетные нагрузки подразделяются на рабочие и предельные. К предельным относятся нагрузки: – вызванные застопориванием груза или подвижных составных частей изделия и несрабатыванием предохранительного или ограничительного устройств:

• от воздействия газового потока и сейсмического воздействия;
• монтажные;
• ветровые, действие которых может привести к необходимости перевода изделия в нерабочее положение.

Все остальные нагрузки, например нагрузка на колеса, относятся к рабочим.

При расчете на прочность тележек, не имеющих систем подрессоривания или пневматических колес, считают, что вертикальная нагрузка (P_y) распределяется на три колеса, а для тележек с подрессоренными или пневматическими колесами – на четыре колеса.

Стандартизированные колеса или стандартизированные колесные стойки выбираются по стояночной нагрузке на колесо. Нестандартизированныс колеса и колесные стойки рассчитываются с учетом перегрузок. Боковая (P_z) и осевая (P_х) нагрузки воспринимаются двумя колесами.

Расчет на прочность водила производится гга нагрузку:

P_х = n_х · (M_гр + M_тел) · g,

где     n_x = 0,2 – перегрузка при движении тележки со скоростью до V≤5 км/ч;

n_x = 0,4 – перегрузка при движении тележки со скоростью 5 км/ч < V < 10 км/ч;

M_гр – масса груза, кг;

M_тел – масса тележки, кг.

Угол отклонения оси водила от оси «X» в плоскости XOZ принимается равным 5°.

Минимально допустимые запасы прочности:

запас прочности должен удовлетворять следующим условиям:

где     η – расчетный коэффициент запаса;

K_с.п. – коэффициент изменения предела текучести;

σ_т – предел текучести материала при растяжении (сжатии), МПа кгс/см²);

σ, σ_экв – расчетное нормальное и эквивалентное напряжение в элементах конструкции, МПа кгс/см²);

σ_изг – расчетное нормальное напряжение при изгибе в элементах конструкции, МПа (кгс/см²);

σ_{раст(сж)} расчетное нормальное напряжение в элементах конструкции при растяжении (сжатии), МПа (кгс/см²);

τ – расчетное касательное напряжение в элементах конструкции, МПа (кгс/см²);

η_minдоп – суммарный минимально допустимый коэффициент запаса статической прочности.

Значения коэффициента K_с.п. приведены в табл. 4.12.1.

Таблица 4.12.1

Значения коэффициента K_с.п.

Суммарный минимально допустимый коэффициент запаса статической прочности определяется по формуле:

η_{min доп} = η_o · η_i,

где η_о – коэффициент неучтенных факторов, общий для всех критериев работоспособности и равный: 1,10 – при проектировании агрегатов и в общем случае при изменении условий эксплуатации изготовленных изделий: 1,05 – при изменении условий эксплуатации и разовом воздействии предельных нагрузок, а также в частном случае, когда суммарное влияние неучтенных в расчете нагрузок не превышает 5 % допускаемых величин усилий, или других, прямо связанных с ними производных факторов;

η_i – частный коэффициент запаса статической прочности, вычисляемый по формуле:

η_i  = η₁ · η₂ · η₃,

где   η₁ – коэффициент, зависящий от вида расчетного сочетания нагрузок и классификации конструкции:

η₂ – коэффициент дополнительного запаса прочности к разрушающей нагрузке, зависящий от соотношения σ_т/σ_в;

η₃ – коэффициент, учитывающий характер контроля механических свойств материала;

σ_в — предел прочности, МПа (кгс/см²).

Значения коэффициента η₁ приведены в табл. 4.12.2.

Значения коэффициента η₁

Таблица 4.12.2

Значения минимально допустимых запасов прочности для разных типов конструкций и для различных расчетных сочетаний нагрузок приведены в табл. 4.12.3.

Таблица 4.12.3

Значения минимально допустимых запасов прочности для разных типов конструкций и для различных расчетных сочетаний нагрузок

Значения коэффициента η₂ приведены в табл. 4.12.4.

Таблица 4.12.4

Значения коэффициента η₂

Значения коэффициента η₃ приведены в табл. 4.12.5.

Таблица 4.12.5

Значения коэффициента η₃

Несущие конструкции

Площадки обслуживания

Расчет на прочность площадок обслуживания производится по нагрузке, создаваемой массой человека и равной: P_ч = 1270 H (130 кгс). В случаях, не оговоренных в техническом задании, следует принимать интервалы между точками приложения нагрузок, вызванных массой людей, расположенных на площадке на расстоянии не менее 0,5 м, и не менее 0,15 м от края площадки.

Ограждения

Расчет на прочность ограждений производится от нагрузок:

• горизонтальных, равных Р_г = 440 Н (45 кгс) с интервалом между точками приложения – 1,0 м;
• одной вертикальной, равной P_в = 1270 H (130 кгс).

Эти нагрузки должны рассматриваться как предельные и действующие неодновременно.

Лестницы

Расчет на прочность лестниц производится по нагрузке, создаваемой массой человека и равной 1270 H (130 кгс). В случаях, не оговоренных в техническом задании, нагрузку считать прикладываемой с интервалом 2 м по вертикали и 0,5 м по горизонтали.

Страховочные устройства

Страховочные устройства должны рассчитываться на прочность по расчетной сумме предельных нагрузок, включающих в себя рабочую нагрузку, создаваемую массой человека, с коэффициентом динамичности равным 3.

Механизмы

Расчет на прочность производится исходя из нагрузки на ручку механизма согласно табл. 4.12.6.

Таблица 4.12.6

Расчет на прочность исходя из нагрузки на ручку механизма

Нагрузки, указанные в таблице, рассматриваются как предельные. За расчетные нагрузки, создаваемые обслуживающим персоналом, в случаях, специально не оговоренных настоящим стандартом, принимают:

• предельную нагрузку, создаваемую мускульной силой одного человека 640 H (65 кгс);
• рабочую нагрузку, создаваемую мускульной силой одного человека: кратковременно (не более одной минуты) – 315 H (32 кгс), при длительной работе – 155 Н (16 кгс);
• рабочую нагрузку, создаваемую массой человека – 880 Н (90 кгс).

Испытание изделий

Первичные испытания должны проводиться в два этапа:

первый этап – испытания составных частей изделия;

второй этап – испытания изделия в сборе.

При испытании траверс нагрузку определяют по формуле:

P_исп = K_исп · n_у · m_гр · g,

где    K_исп – коэффициент испытательной нагрузки; n_у – перегрузка при подъеме;

m_гр – номинальная грузоподъемность, кг;

g – ускорение свободного падения, м/с².

При обтяжке траверс краном испытательная нагрузка определяется по формуле:

P_исп = K_исп · m_гр · g.

При обтяжке конструкции дают выдержку под испытательной нагрузкой не менее 10 мин. При обтяжке литых сосудов время выдержки 60 мин. Напряжения, возникающие в изделиях и баллонах гидравлических систем при нагрузке P_исп, не должны превышать 90 % предела текучести материала.

Эксплуатационные нагрузки

При расчете эксплуатационных нагрузок исходят из того, что система координат – прямоугольная, начало координат в центре масс груза. Положительное направление осей:

• ось X – по направлению движения транспорта;
• ось Y – по вертикали вверх;
• ось Z – вправо от направления движения транспорта.

Равнодействующая инерционных сил от массы груза приложена в центре массы груза. Перегрузка n_у дается с учетом массы груза.

Примером может служить транспортирование фермы на железнодорожной платформе (рис. 4.12.1 и 4.12.2).

Рис.4.12.1. Схема размещения и крепления фермы на железнодорожной платформе: 1 – ферма технологическая 16НК12; 2 – проволочная растяжка; 3 – деревянный брус

Рис.4.12.2. Схема размещения растяжек

Согласно требованиям МПС при транспортировании грузов на железнодорожной платформе должны учитываться следующие нагрузки:

• от продольных горизонтальных инерционных сил, возникающих вследствие соударения вагонов при движении поезда, во время маневров спуска вагонов с горок и в процессе торможения;
• от поперечных горизонтальных инерционных сил, возникающих при движении вагона на кривых и переходных участках пути;
• от вертикальных сил, вызванных ускорениями при колебаниях движущегося вагона;
• от ветровой нагрузки;
• от силы трения;
• от массы груза.

Расчетные сочетания нагрузок:

• горизонтальная инерционная и от трения;
• поперечная инерционная, вертикальная динамическая, вефовая и от фения.

Продольная инерционная сила:

F_пр = a_пр · Q_гр,

где    a_пр. – предельная продольная инерционная сила, тс на 1 т массы фуза (a_пр. = 1,2 тс/т – при упругих связях и 1,9 тс/т – при жестких связях);

Q_гр – масса груза, т.

Сила трения:

F_тр = μ · Q_гр,

где    μ — коэффициент трения.

Поперечная инерционная сила:

F_п = a_п · Q_гр,

где    a_п — удельная поперечная инерционная сила, кгс, на 1 т массы груза;

a_п = 280-500 кгс/т массы груза.

Вертикальная инерционная сила:

F_в = a_в · Q_гр,

где    a_в — удельная вертикальная инерционная сила, кгс на 1 т массы груза.

При скорости движения 90 км/ч:

где   к = 5 – при нагрузке с опорой на один вагон;

Q_гр.° = 10 т, если масса груза менее 10 т.

Ветровая нагрузка:

W_п = 50 · S_п,

где   50 кгc/м² удельная ветровая нагрузка;

S_п – площадь проекции поверхности груза, подверженной действию ветра, м².

Ниже приведен расчет усилий в растяжках крепления фермы при транспортировании на железнодорожной платформе согласно нормативам ФГУП «ОКБ «Вымпел» для следующих исходных данных:

m = 620 кг;

перегрузки:

n_x = ±2,0

n_y = –1,0

n_x = ± 1,0

n_y = –1,0±0,7

n_z = ±0,7.

Нагрузки на ферму:

P_x = ±2×620×10 = ±12400 H (±1240 кгс)

P_y = –1×620×10 = –6200 H (–620 кгс)

P_x = ±1×620×10 = ±6200 H (±620 кгс)

P_y = –1,7×620×10 = –10540 H (–1054 кгс)

P_z = ±0,7×620×10 = ±4340 H (±434 кгс).

Геометрические размеры растяжек и значения косинусов сведены в табл. 4.12.7.

Таблица 4.12.7

Геометрические размеры растяжек
и значения направляющих косинусов направляющих углов

P_x = ±12400 H (±1240 кгс).

Величины усилий и их составляющих в растяжках от силы P_x приведены в табл. 4.12.8.

Таблица 4.12.8

Усилия и их составляющие в растяжках от силы P_x

P_z = ±4340 Н (±434 кгс).

P_x = ±6200 Н (±620 кгс).

Величины усилий и их составляющих в растяжках от сил P_x и P_z сведены в табл. 4.12.9.

Таблица 4.12.9

Величины усилий и их составляющих в растяжках от сил Р_x и Р_z

Требования к проектированию систем обезвешивания.

Основные параметры и расчетные соотношения

Кинематическая структура СО показана на рис. 4.9.5. Принцип действия СО заключается в том, что сила веса (C) испытуемого объекта и сила веса подвижных частей самой СО компенсируются вертикально направленной силой Р и моментом М1, причем величина и направление силы P обеспечиваются работой параллелограммного транслятора 5 и пружинных механизмов 3 и 4, а момент M1 – работой моментного узла 12.

Момент сил, требуемый для компенсации вращающихся относительно точки О (шарнирного соединения вилок 14, 16) масс, равен:

где    Gz – суммарный вес вращающихся вокруг точки О элементов (объект испытаний, переходник 18, вилка 16);

Rg – расстояние от точки О до общего центра масс подвижных относительно нее частей (объект испытаний, переходник 18, вилка 16);

φ – угол поворота продольной оси вилки 16, проходящий через общий центр масс подвижных частей (объект испытаний 17Р78РА, переходник 18 и сама вилка 16) относительно вертикальной продольной оси вилки 14.

Уравновешивающий момент M1, создаваемый в моментном узле и обеспечивающий компенсацию момента Mn, равен:

(2)

где    К1 – суммарная жесткость пружин 11;

R1 – расстояние от оси шарниров, связывающих вилки 14 и 16, до оси 17 вращения троса 13;

τ – радиус ролика 15;

Н1 – расстояние от оси шарниров, связывающих вилки 14 и 16, до оси вращения рамки 20 с закрепленным на ней роликом 15;

φ – угол обхвата ролика 15 тросом 13.

Шарнирные соединения рамки 20 с закрепленными на ней роликами 15 позволяют с большой точностью обеспечить прохождение линии действия силы Т, создаваемой пружинами 11, через фиксированную точку, являющуюся точкой пересечения горизонтальной оси вращения рамки 20 и продольной вертикальной оси вилки 16.

В этом случае величина деформации пружин 11 вычисляется по формуле:

(3)

а уравновешивающий момент M1 равен:

(4)

или

Суммарный момент всех сил относительно точки О будет равен нулю в случае, если

(6)

Таким образом, при выполнении условий (3) и (6) моменты M1 и Mn будут равны во всем диапазоне угла φ. При этом продольная ось вилки 16 должна проходить через общий центр масс подвижных частей, что достигается перемещением вилки 16 в вертикальной плоскости вдоль направляющей 19 и ее поворотом в горизонтальной плоскости вокруг продольной оси направляющей 19. Для точной настройки моментного узла его кинематическая схема предусматривает регулировку параметров H, R1, K1.

Вертикальность весокомпенсирующей силы Р во всем диапазоне функционирования обеспечивается работой параллелограммного транслятора. Параметры звеньев параллелограммного транслятора и кривошипно-кулисного механизма должны находиться в следующих соотношениях:

где    G  – суммарный вес присоединенных к концевому звену элементов СО, включающий в себя вес вращающихся относительно оси «φ» элементов – объекта испытания, переходника 18, моментного узла 12, звеньев транслятора 10 и тяги 9, то есть

G = Gа + Gн + Gn + Gt + G₄ + G₆,

где   Gа – вес подвижных частей изделия 17Р78РА. H (кгс);

Gн – вес насадки ХА 2.092.207. H (кгс);

Gn – вес переходника 6 H (кгс);

Gt – вес балки 23, H (кгс);

G₄ – вес тяги 26, H (кгс);

G₆ – вес моментного узла 7, H (кгс);

L – длина концевого звена параллелограммного транслятора, мм;

K2 – суммарная жесткость пружин разгружающего механизма 5, Н/мм (кгc/мм);

R2, H2 – радиусы действия уравновешивающего усилия, создаваемого пружинным механизмом 5, мм.

где    G_z³ – суммарный вес присоединенных к концевому звену элементов СО, включающий в себя вес G, вес балки 7, стойки 8, тяги 6, H (кгс), то есть

G_z³ = G_z² + G1 + G2 + G3 + G5,

где    G1 – вес звена 22, Н (кгс);

G3 – вес тяги 25, Н (кгс);

G5 – вес стойки 24, Н (кгс);

L – длина концевого звена параллелограммного транслятора, мм;

K3 – суммарная жесткость пружин разгруженного механизма 5, Н (кгс/мм);

R3, H3 – радиусы действия уравновешивающего усилия, создаваемого пружинным механизмом 4, мм.

Расчет СО данного типа сводится к:

• определению собственных весовых параметров СО (вес и центровка) с помощью динамометра. Весовые параметры изделия берутся из формуляров;
• расчету параметров настройки СО в зависимости от применяемой комплектации изделий.

Для упрощения процесса перенастройки СО при изменении комплектации испытуемого объекта пружинные механизмы 3 и 4 настраиваются один раз на минимально возможную нагрузку, то есть на объект в составе изделия 17Р78РА и насадки ХА2.092.207. При этом разница в весе по сравнению с другими комплектующими компенсируется навеской необходимого количества грузов, а изменение момента – перенастройкой величины параметра H моментного узла 12 и изменением параметра переходника 18.

После определения параметров настройки и сведения их в таблицу проводится настройка механизма СО.

Литература

1. Пути развития, совершенствования и унификации средств подготовки к запуску КА на базовом типе РН. НИР 404-8705 «Целинник».
2. Исследование обеспечения опережающего научно-технического задела по созданию перспективных систем выведения и средств транспортно-технического обслуживания КА. НИР «Развитие СВ».
3. Эскизный проект. Технические комплексы для КА, КГЧ, РН, РБ. Предложение по использованию и развитию технических комплексов космодрома Плесецк. Эскизный проект по ОКР «Плесецк». Книга 1. Методологические подходы к созданию и модернизации технических комплексов космодрома Плесецк.
4. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. М.: Машиностроение, 1971.
5. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1995.
6. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992.
7. Исаев С.И., Миронов Б.М., Никитин В.М., Хвостов В.И. Основы термодинамики, газовой динамики и теплопередачи. М.: Машиностроение, 1968.
8. Гибкие металлические трубопроводы. Каталог. М.: Уфимское агрегатное предприятие «Гидравлика», 1996.
9. Изделия электропневмоавтоматики. Каталог. М.: КБ «Арматура», 1998.
10. Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления. Каталог. М.: НИИмаш. 1982.
11. Кельтцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.: Химия, 1984.
12. Колесникова Л.П., Курочкин В.Ф., Максимовский Б.В. и др. Соединения трубопроводов. Справочник в 2-х частях. М.: Изд-во стандартов, 1988.
13. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. М.: Машиностроение, 1970.
14. Пипко А.И., Плисковский В.Я., Королев Б.И., Кузнецов В.И. Основы вакуумной техники. М.: Энергоиздат, 1981.
15. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением (ПБ-10-115-96). М.: ПИО ОБТ, 1996.
16. Продан, Калабеков, Бежко. Разъемные соединения с фторопластовыми уплотнениями. Справочник. 1995.
17. Справочник по физико-техничееким основам криогеники. М.: Энергия, 1973.
18. Фролов Е.С., Минайчев В.Е., Александрова А.Т. и др. Вакуумная техника. М.: Машиностроение, 1992.
19. Хипсняков С.В. Практические расчеты тепловой изоляции. М.: Энергия, 1976.
20. Холодильные машины. Справочник. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.
21. ОСТ 92-1527-89. Методы испытаний на герметичность с применением масс-спектрометрических течеискателей.
22. ОСТ 92-4291-75. Методы гидравлических и пневматических испытаний изделий на прочность и герметичность.
23. Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. Под общей редакцией В.С. Авдуевского. М.: Машиностроение, 1989.
24. Экспериментальная отработка и испытания, т. 6. Под общ. ред. Р.С. Судакова, О.И. Тескина.
25. Методика установления назначенного ресурса и срока службы систем 11Ю630, 11Н24К, 15Г57К, 15Г58К, 15Г59К2 СК 8П882К ПУ № 24. ВИКУ им. А.Ф. Можайского. С.-Петербург. 1999, 16 с.
26. Полупан А.В., Уласень С.Н. Расчет показателей остаточного ресурса насосов ЦН-112М по цензурированным выборкам. ВИКУ им. А.Ф. Можайского. С.-Петербург, журнал «Приборостроение», № 8, 2000.
27. ГОСТ В25760-83. Комплексы технические ... и их составные части. Термины и определения.
28. ГОСТ РВ 15.702-94. Военная техника. Порядок установления и продления назначенного ресурса, срока службы, срока хранения.
29. ГОСТ 27.504-84. Методы оценки показателей надежности по цензурированным выборкам.
30. РД 50-690-89. Методические указания. Методы оценки показателей надежности по экспериментальным данным надежности.
31. Система газоснабжения 11Г149. Методика установления и продления назначенного ресурса и срока службы. ФГУП «ОКБ «Вымпел». 2001.

Сведения об авторах главы

		ДРАГУН Дмитрий Константинович – генеральный директор и генеральный конструктор ФГУП «ОКБ «Вымпел», доктор технических наук, профессор, действительный член Инженерной академии и Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, лауреат Государственной премии РФ. Награжден орденами «За заслуги перед Отечеством» IV степени, Трудового Красного Знамени, «Знак Почета» и медалями.
		КОЗЬМИН Владимир Владимирович – заместитель главного конструктора по разработке и эксплуатации технических комплексов ФГУП «ОКБ «Вымпел». Награжден орденами «Знак Почета», «Дружбы» и медалями.
		ФИЛАТОВ Виталий Васильевич – заместитель начальника проектного отдела ФГУП «ОКБ «Вымпел». Награжден медалями.

Авторы благодарят за материалы, представленные для использования в главе, следующих сотрудников предприятия ФГУП «ОКБ «Вымпел»: Ларионова Ю.В., Жульнева Я.И., Молчанова В.Г., Рябову Е.П., Суворова А.П., Панипартову Л.И., Смирнова Ю.А., Григорьева В.М., а также выражают благодарность ФГУП КБОМ им. В.П. Бармина за участие в построении материалов главы и корректировании текста.