"БУРАН" - советский крылатый орбитальный корабль многоразового использования.
Предназначен для выведения на орбиту вокруг Земли различных космических
объектов и их обслуживания; доставки модулей и персонала для сборки на орбите
крупногабаритных сооружений и межпланетных комплексов; возврата на Землю
неисправных или выработавших свой ресурс спутников; освоения оборудования и
технологий космического производства и доставки продукции на Землю;
выполнения других грузопассажирских перевозок по маршруту Земля-космос-Земля,
решения ряда оборонных задач.
Внешняя конфигурация. Орбитальный корабль (ОК) "Буран" выполнен по самолетной схеме: это "бесхвостка" с низкорасположенным треугольным крылом двойной стреловидности по передней кромке; аэродинамические органы управления включают элевоны, балансировочный щиток, расположенный в хвостовой части фюзеляжа, и руль направления, который, "расшепляясь" по задней кромке (рис. справа), выполняет также функции воздушного тормоза; посадку "по-самолетному" обеспечивает трехопорное (с носовым колесом) выпускаюшееся шасси.
Внутренняя компоновка, конструкция. В носовой части "Бурана"
расположены герметичная вставная кабина объемом 73 кубических метров для
экипажа (2 - 4 чел.) и пассажиров (до 6 чел.), отсеки бортового оборудования и
носовой блок двигателей управления.
Среднюю часть занимает грузовой отсек с открывающимися вверх створками, в
котором размещаются манипуляторы для выполнения погрузочно-разгрузочных и
монтажно-сборочных работ и различных операций по обслуживанию космических
объектов. Под грузовым отсеком расположены агрегаты систем энергоснабжения и
обеспечения температурного режима. В хвостовом отсеке (рис. справа)
установлены агрегаты двигательной установки, топливные баки, агрегаты
гидросистемы. В конструкции "Бурана" использованы алюминевые сплавы, титан,
сталь и другие материалы. Чтобы противостоять аэродинамическому нагреванию
при спуске с орбиты, внешняя поверхность ОК имеет теплозащитное покрытие,
рассчитанное на многоразовое использование.
На менее подверженную нагреву верхнюю поверхность устанавливается гибкая
теплозащита, а другие поверхности покрыты теплозащитными плитками,
изготовленными на основе волокон кварца и выдерживающими температуру до 1300
С. В особо теплонапряженных зонах (в носках фюзеляжа и крыла, где температура
достигает 1500 - 1600 С) применен композиционный материал типа углерод-
углерод. Этап наиболее интенсивного нагревания ОК сопровождается образованием
вокруг него слоя воздушной плазмы, однако конструкция ОК не прогревается к
концу полета более чем до 160 С. Каждая из 36000 плиток имеет конкретное
место установки, обусловленное теоретическими обводами корпуса ОК. Для
снижения тепловых нагрузок выбраны также большие значения радиусов затупления
носков крыла и фюзеляжа. Расчетный ресурс конструкции - 100 орбитальных
полетов.
Двигательная установка и бортовое оборудование. Объединенная
двигательная установка (ОДУ) обеспечивает довыведение ОК на опорную орбиту,
выполнение межорбитальных переходов (коррекций), точное маневрирование вблизи
обслуживаемых орбитальных комплексов, ориентацию и стабилизацию ОК, его
торможение для схода с орбиты. ОДУ состоит из двух двигателей орбитального
маневрирования (на рис.справа), работающих на углеводородном горючем и жидком
кислороде, и 46 двигателей газодинамического управления, сгрупированных в три
блока (один носовой блок и два хвостовых). Более 50 бортовых систем,
включающих радиотехнические, ТВ и телеметрические комплексы, системы
жизнеобеспечения, терморегулирования, навигации, энергоснабжения и другие,
объединены на основе ЭВМ в единый бортовой комплекс, который обеспечивает
продолжительность пребывания "Бурана" на орбите до 30 суток
Теплота, выделяемая бортовым оборудованием, с помощью теплоносителя
подводится к радиационным теплообменникам, установленным на внутренней
стороне створок грузового отсека, и излучается в окружающее пространство (в
полете на орбите створки открыты).
Геометрические и весовые характеристики. Длина "Бурана" составляет 35,4 м, высота 16,5 м (при выпущенном шасси), размах крыла около 24 м, площадь крыла 250 квадратных метров, ширина фюзеляжа 5,6 м, высота 6,2 м; диаметр грузового отсека 4,6 м, его длина 18 м. Стартовая масса ОК до 105 т, масса груза, доставляемого на орбиту, до 30 т, возвращаемого с орбиты - до 15 т. Максимальный запас топлива до 14 т.
Большие габаритные размеры "Бурана" затрудняют использование наземных средств транспортировки, поэтому на космодром он (так же, как и блоки РН) доставляется по воздуху модифицированным для этих целей самолетом ВМ-Т Экспериментального машиностроительного завода им. В.М.Мясищева (при этом с "Бурана" снимается киль и масса доводится до 50 т) или многоцелевым транспортным самолетом Ан-225 в полностью собранном виде.
Выведение на орбиту. Запуск "Бурана" осуществляется с помощью
универсальной двухступенчатой РН "Энергия", к центральному блоку которой
крепится пирозамками ОК. Двигатели 1-й и 2-й ступеней РН запускаются
практически одновременно и развивают суммарную тягу 34840 кН при стартовой
массе РН с "Бураном" около 2400 т (из них около 90% составляет топливо). В
первом испытательном запуске беспилотного варианта ОК, состоявшемся на
космодроме Байконур 15 ноября 1988 года, РН "Энергия" вывела ОК за 476 сек. на
высоту около 150 км (блоки 1-й ступени РН отделились на 146-й сек. на высоте 52
км). После отделения ОК от 2-й ступени РН был осуществлен двухкратный запуск
его двигателей, что обеспечило необходимый прирост скорости до достижения
первой космической и выход на опорную круговую орбиту. Расчетная высота опорной
орбиты "Бурана" составляет 250 км (при грузе 30 т и заправке топливом 8 т). В
первом полете "Буран" был выведен на орбиту высоту 250,7/260,2 км (наклон
орбиты 51,6 ) с периодом обращения 89,5 мин. При заправке топливом в количестве
14 т возможен переход на орбиту высотой 450 км с грузом 27 т.
При отказе на этапе выведения одного из маршевых ЖРД 1-й или 2-й ступени РН
ее ЭВМ "выбирает" в зависимости от набранной высоты либо варианты выведения
ОК на низкую орбиту или на одновитковую траекторию полета с последующей
посадкой на одном из запасных аэродромов, либо вариант выведения РН с ОК на
траекторию возврата в район старта с последующим отделением ОК и посадкой его
на основной аэродром. При нормальном запуске ОК 2-я ступень РН, конечная
скорость которой меньше первой космической, продолжает полет по
баллистической траектории до падения в Тихий океан.
Возвращение с орбиты. Для схода с орбиты ОК разворачивается
двигателями газодинамического управления на 180 (хвостом вперед), после чего на
непродолжительное время включаются основные ЖРД и сообщают ему необходимый
тормозной импульс. ОК переходит на траекторию спуска, снова разворачивается на
180 (носом вперед) и выполняет планирование с большим углом атаки. До высоты 20
км осуществляется совместное газодинамическое и аэродинамическое управление, а
на заключительном этапе полета используются только аэродинамические органы
управления. Аэродинамическая схема "Бурана" обеспечивает ему достаточно высокое
аэродинамическое качество, позволяющее осуществить управляемый планирующий
спуск, выполнить на трассе спуска боковой маневр протяженностью до 2000 км для
выхода в зону аэродрома посадки, произвести необходимое предпосадочное
маневрирование и совершить посадку на аэродром. В то же время конфигурация ЛА и
принятая траектория спуска (крутизна планирования) позволяют аэродинамическим
торможением погасить скорость ОК от близкой к орбитальной до посадочной, равной
300 - 360 км/ч. Длина пробега составляет 1100 - 1900 м, на пробеге используется
тормозной парашют. Для расширения эксплуатационных возможностей "Бурана"
предусматривалось использование трех штатных аэродромов посадки (на космодроме
(ВПП посадочного комплекса длиной 5 км и шириной 84 м в 12 км от старта), а
также в восточной (Хороль Приморского края) и западной (Симферополь) частях
страны). Комплекс радиотехнических средств аэродрома создает радионавигационное
и радиолокационное поля (радиус последнего около 500 км), обеспечивающие
дальнее обнаружение ОК, его выведение к аэродрому и всепогодную высокоточную (в
том числе автоматическую) посадку на ВПП.
История создания ОК "Буран"
Работы по созданию крылатых космических кораблей в Советском Союзе имеют свою
историю.
Идея использовать крылья на возвращаемом космическом аппарате возникла сразу
же с началом полетов в космос. Это обуславливалось желанием использовать
потенциальные возможности земной атмосферы (в первую очередь, управляемое
торможение и точное маневрирование) и тем авиационным заделом, с которым
первые ракетчики пришли в космонавтику. Поэтому наличие крыльев на спускаемом
аппарате, движущимся в атмосфере, выглядело простым и логичным.
С.П.Королев считал парашютную посадку бесперспективной, и потому, по его
заказу, параллельно с Востоком , лапоток проектировал П.В.Цыбин. Машина
задумывалась классической аэродинамической схемы, с трапециевидным крылом и
нормальным хвостовым оперением. Свое полуофициальное название аппарат получил
из-за характерной формы фюзеляжа, в аэродинамическую тень которого несущие
плоскости убирались при входе в плотные слои атмосферы.
По способу выведения (на 3-ступенчатой Р-7, семерке ), массе и решаемым задачам лапоток был бы аналогичным Востоку . (Справа - первый советский "челнок" - "лапоток" С.П.Королева и П.В.Цыбина: стартовая масса 4,7 т; экипаж 1 чел.; продолжительность полета до 27 ч; длиан 9,4 м; размах крыла 5,5 м; высота по оперению 4 м; ширина фюзеляжа 3 м.) Рассматривалась даже возможность катапультирования космонавта непосредственно перед посадкой на ВПП. Однако быстро выяснился масштаб трудностей, встающих при создании крылатых космических аппаратов. Например, планирующий вход в атмосферу требовал точнейшей ориентации изделия , а соответствующие приборы появились значительно позже первых полетов... Кроме того, по теплозащите схема оказалась неоптимальной. После этого ракетчики к крылатым аппаратам охладели.
ВКА-23 В.М.Мясищева, третий вариант (1960): стартовая масса - 4,5 т при запуске на орбиту высотой 400 км, полезный груз 700 кг; экипаж 1 человек; длина 9,0 м, размах крыла 6,5 м, высота 2 м.
С 1958-го воздушно-космический самолет (ВКС) проектировался в ОКБ-23 В.М.Мясищева. Масса та же под семерку . Схема уже бесхвостка , с треугольным крылом большой площади. Конкретный же облик неоднократно менялся, известно минимум три варианта. В последнем из них Владимир Михайлович впервые предложил применить керамическую плиточную теплозащиту, но... в 1960-м Мясищева отправили руководить ЦАГИ, ОКБ-23 стало филиалом фирмы В.Н.Челомея. Тогда же ракетопланами занялся и сам Владимир Николаевич, его ОКБ-52.
Уже в 1961-м прошли испытательные пуски аппарата, названного МП-1 (первый пуск 21.03.1963 с использованием баллистической ракеты "Р-12"). 1,8-метровый конус массой 1,75 т, управлялся на гиперзвуковых скоростях восемью аэродинамическими щитками. Баллистическая ракета поднимала образец на 405 км, в атмосферу он входил в 1760 км от места старта со скоростью 3,8 км/с. Два года спустя испытания прошел М-12 такой же конус, но с четырьмя стабилизаторами.
По результатам этих пусков ОКБ-52 представило проект 6,3-тонного беспилотного ракетоплана Р-1, оснащенного М-образным складным (средняя часть вверх, концы вниз) крылом переменной стреловидности, и его пилотируемого варианта Р-2. Перегрузка на спуске должна была составить всего 3,5-4 g, в отличие от 9-11 g на СА Восток . Сделали уже макеты машин, но после снятия благоволившего к Челомею Н.С.Хрущева воздушно-космическую тематику у ОКБ-52 отобрали.
Занимался крылатыми кораблями и А.Н.Туполев, но пока о них известно крайне
мало: опытный экземпляр беспилотного ВКС 130 был построен, а его пилотируемый
вариант 136 должен был называться Красная К 1965 г. из всех минавиапромовских
программ осталась одна известная сегодня под названиями 50-50 и Спираль ,
разрабатывавшаяся в ОКБ Микояна под руководством Г.Е.Лозино-Лозинским.звезда
.
ОК "Буран" задумывался как военная система. Вот как вспоминал об этом в 1994-
м году директор головного в ракетно-космической промышленности Центрального
НИИ машиностроения Ю.А.Мозжорин:
Программа имеет свою предысторию. В 1972 г. Никсон объявил, что в США
начинает разрабатываться программа Space Shuttle . Она была объявлена как
национальная, рассчитанная на 60 пусков челнока в год, предполагалось создать
4 таких корабля; затраты на программу планировались в 5 миллиардов 150
миллионов долларов в ценах 1971 г. В дальнейшем они конечно подросли, как и у
всех бывает, достигли 13 миллиардов 400 миллионов долларов. Программа была
серьезная, поскольку создавались 4 стартовых комплекса, на базе Ванденберг и
на мысе Кеннеди, создавались специальные производства.
Челнок выводил на околоземную орбиту 29,5 т, и мог спускать с орбиты груз до
14,5 т. Это очень серьезно, и мы начали изучать, для каких целей он
создается? Ведь все было очень необычно: вес, выводимый на орбиту при помощи
одноразовых носителей в Америке, даже не достигал 150 т/год, а тут
задумывалось в 12 раз больше; ничего с орбиты не спускалось, а тут
предполагалось возвращать 820 т/год... Это была не просто программа создания
какой-то космической системы под девизом снижения затрат на транспортные
расходы (наши, нашего института проработки показали, что никакого снижения
фактически не будет наблюдаться), она имела явное целевое военное назначение.
И действительно, в это время начали говорить о создании мощных лазеров,
лучевого оружия, оружия на новых физических принципах, которое теоретически
позволяет уничтожать ракеты противника на расстоянии в несколько тысяч
километров. Как раз вот создание такой системы и предполагалось для отработки
этого нового оружия в космических условиях .
Слова Юрия Александровича подтверждает заместитель Главного конструктора МКС
Буран В.М.Филин:
Необходимость создания отечественной многоразовой космической системы как
средства сдерживания потенциального противника была выявлена в ходе
аналитических исследований, проведенных Институтом проблем машиноведения АН
СССР и НПО Энергия в период 1971 75 гг. Было показано, что США, введя в
эксплуатацию свою многоразовую систему Space Shuttle , смогут получить
решающее военное преимущество в плане нанесения превентивного ракетно-
ядерного удара по жизненно-важным объектам на территории нашей страны.
В решениях НТС Министерства общего машиностроения и Министерства обороны
ставилась задача: исключить возможную техническую и военную внезапность,
связанную с появлением у потенциального противника многоразовой транспортной
космической системы Space Shuttle принципиально нового технического средства
доставки на околоземные орбиты и возвращения на Землю значительных масс
полезных грузов .
Первый вариант отечественного ответа на американский вызов выглядел следующим
образом: достаточно традиционная схема, включающая двухступенчатый носитель с
пакетным разделением ступеней, в верхней части которого размещался
транспортный корабль.
Облик носителя в существующем виде определился тоже далеко не сразу, и
пакетная его компоновка не случайна. Возглавивший в 1975 г. ведущую ракетно-
космическую фирму страны, получившую тогда же название НПО Энергия , академик
В.П.Глушко весьма благоволил к концепции универсальной системы из множества
стандартных ракетных блоков. Между тем, пятнадцатью годами раньше, в начале
разработки легендарной Н1, такую схему исследовал Королев и отказался от нее
как от самой неэффективной по массе. С другой стороны, реализованный Сергеем
Павловичем моноблочный вариант, во-первых, требовал сложных, долгих и дорогих
наземных испытаний. Во-вторых, главное он исключал перевозку готовых блоков с
заводов в Москве, Днепропетровске и Куйбышеве на космодром; на Байконуре
пришлось бы строить новый гигантский производственный комплекс. Для будущих
программ это, может быть, было и приемлемо, но военных категорически не
устраивало. Победил компромисс.
Корабль должен был состоять из трех частей: носовой (конической), с кабиной
экипажа и рулевыми двигателями, средней (цилиндрической), с объемистым
грузовым отсеком, и кормовой, с двигателями довыведения, орбитального
маневрирования и топливом для них. В атмосферу аппарат должен был входить
вперед коническим носом, с некоторым углом атаки этого достаточно, чтобы на
тех скоростях получить определенное аэродинамическое качество, скользящий
управляемый спуск. Посадка же предполагалась по парашютно-ракетной системе,
на выдвижные опоры-амортизаторы.
Условные обозначения:
1 - стабилизаторы
2 - парашютный отсек
3 - отсек полезного груза
4 - кабина экипажа
5 - двигатели системы ориентации
6 - выдвижные посадочные опоры
7 - двигатели довыведения и орбитального маневрирования
8 -балансировочный щиток
Предложенная схема имела колоссальное преимущество отсутствовали крылья,
большую часть времени бывшие паразитной массой. К достоинствам предложенной
схемы можно также отнести следующее:
имелся серьезный практический задел по спускаемым аппаратам с
небольшим аэродинамическим качеством (КК "Союз", боеголовки баллистических
ракет);
имелись и давно использовались в Воздушно-десантных
войсках сложные парашютные системы (с тормозными РДТТ), позволяющие
осуществлять мягкую посадку тяжелых объектов;
снимались
жесткие требования по точности приземления;
отпадала необходимость
в дорогой и сложной наземной инфраструктуре (в первую очередь аэродромов);
конструкция космического корабля без крыльев и оперения по сравнению с
крылатым ОК конструктивно является более простой и легкой при равной
прочности, имеет меньшую омываемую площадь (что снижает массу
теплозащиты), более простые алгоритмы управления, что в конечном итоге
приводит к большей эффективности в эксплуатации
А к главному недостатку малую дальность бокового маневра при спуске. Нужна же
была большая, что диктовалось элементарным соображением: в отличие от
американцев с их раскиданными по всему миру авиабазами (а аварийные полосы
для Шаттла сооружены по всему миру, от острова Пасхи до Марокко), у нас была
только территория СССР - много, но недостаточно. И только три полосы (на
Байконуре, в Крыму и у озера Ханка на Дальнем Востоке)... Сесть же на них
нужно было с любого витка!
Проблему пытались решить: корпус корабля стал в сечении треугольным, однако
это были полумеры. В общем, схема однокилевой бесхвостки с переменной
стреловидностью передней кромки крыла напрашивалась, но решающим фактором
стала не аэродинамика. Как раз здесь сказалось положение догоняющих: к этому
времени облик американской системы после многократных изменений был, наконец,
утвержден. И сработало классическое, увы, в нашей оборонке мнение: американцы
не глупее, делайте, как у них!
Промежуточный вариант ОК "Буран" предусматривал установку воздушно-реактивных
двигателей (ВРД). Это обуславливалось следующим: в связи с тем, что все
аэродромы для посадки "Бурана" расположены на территории бывшего СССР, в
течении суток возникало достоточно много витков, посадка с которых
невозможна. Из этой ситуации могло быть два принципиальных выхода: расширить
количество аэродромов (но "Буран" создавался как военный объект, а
стратегические союзники были расположены "компактно" к границам СССР, Куба же
была слишком близка к территории потенциального противника), либо повысить
энерговооруженность атмосферного участка за счет установки ВРД. Конструкторы
выбрали второй путь.
В дальнейшем (по техническим причинам) от использования на штатном ОК "Буран"
ТРД в конце концов отказались (испытав воздушно-реактивную двигательную
установку в реальных атмосферных полетах самолета-аналога БТС-002), однако в
связи с тем, что изготовление и оборудование летных образцов (первой серии)
уже шло полным ходом, конструктивно-силовую схему планера менять было поздно
и ниши в ХЧФ под установку двигателей зашили панелями обшивки и закрыли
гибким теплозащитным покрытием.
После необходимых доработок, транспортировки на космодром, испытаний и
подготовки к старту, напряженный труд десятков тысяч людей завершился
триумфом 15 ноября 1988 года.
Многоразовая космическая система "Энергия - Буран"
Орбитальный корабль "Буран"
Работы над многоразовым орбитальным кораблем были начаты в 1974 году в рамках
подготовки "Комплексной программы НПО "Энергия". Это направление работ было
поручено главному конструктору И.Н.Садовскому. Заместителем главного
конструктора по орбитальному кораблю был назначен П.В.Цыбин. Центральным
вопросом при определении технического облика орбитального корабля был выбор
его принципиальной схемы. На начальном этапе рассматривались два варианта
схемы: первый - самолетная схема с горизонтальной посадкой и расположением
маршевых двигателей второй ступени в хвостовой части; второй - схема "несущий
корпус" с вертикальной посадкой. Основное ожидаемое преимущество второго
варианта - предполагаемое сокращение сроков разработки за счет использования
опыта и заделов по кораблям "Союз". В результате дальнейших исследований была
принята самолетная схема с горизонтальной посадкой как наиболее отвечающая
требованиям, предъявляемым к многоразовым системам. Проектные исследования,
проведенные в направлении оптимизации многоразовой космической системы в
целом, определили вариант системы, в котором маршевые двигатели были
перенесены на центральный блок II ступени носителя. Энергетическая и
конструктивная развязка ракетной системы выведения и орбитального корабля
позволила проводить независимую отработку носителя и орбитального корабля,
упростила организацию работ и обеспечила одновременную разработку
универсальной сверхтяжелой отечественной ракеты-носителя "Энергия". Головным
разработчиком орбитального корабля являлось НПО "Энергия", в сфере
деятельности которого было создание комплекса бортовых систем и агрегатов для
решения задач космического полета, разработка программы полета и логики
работы бортовых систем, окончательная сборка корабля и его испытания, увязка
наземных комплексов для подготовки и проведения пуска и организация
управления полетом. Создание по ТЗ НПО "Энергия" несущей конструкции корабля
- его планера, разработка всех средств спуска в атмосфере и посадки, в том
числе тепловой защиты и бортовых систем, изготовление и сборка планера,
создание наземных средств его подготовки и испытаний, а также воздушная
транспортировка планера, корабля и ракетных блоков были поручены специально
созданному для этих целей НПО "Молния" и Тушинскому машиностроительному
заводу (ТМЗ) МАП. С исключительной энергией и с большим энтузиазмом, опираясь
практически на вновь созданный коллектив, вел работы по кораблю "Буран"
генеральный директор и главный конструктор НПО "Молния" Г.Е.Лозино-Лозинский.
Его ближайшим помощником был первый заместитель генерального директора и
главный конструктор Г.П.Дементьев. Большой вклад в создание планера корабля
"Буран" внесли директор ТМЗ С.Г.Арутюнов и его заместитель И.К.Зверев,
Основные цели создания корабля "Буран" определялись тактико-техническими
требованиями на его разработку:
-
комплексное противодействие мероприятиям противника по расширению использования космического пространства в военных целях;
-
решение целевых задач в интересах Министерства обороны, народного хозяйства и науки;
-
проведение военно-прикладных исследований и экспериментов в обеспечение создания больших космических систем;
-
выведение на орбиты, обслуживание на них и возвращение на Землю космических аппаратов, космонавтов и грузов.
Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, сочинения, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое.
