ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЙ ДЛЯ ДОВЫВЕДЕНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА С ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ
© С.Н.Иванович
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2010 г.
Целью данной работы является определение проектного облика двигательной установки (ДУ), обеспечивающей довыведение космическо-го аппарата (КА) с ядерной энергетической установкой (ЯЭУ) на радиаци-онно-безопасную орбиту: её тип, состав двигателей, схема их расположе-ния, масса и габариты заправленной ДУ, схема размещения в составе КА, принципиальная пневмогидравлическая схема.
В настоящее время в качестве бортового источника электроэнергии на КА практически безальтернативно использование солнечной энергии. Применение энергоустановок на базе солнечных и аккумуляторных бата-рей накладывает существенные ограничения на возможности КА с точки зрения их целевого использования. Использование солнечных энергоуста-новок эффективно максимум до 10 кВт. При дальнейшем наращивании электрической мощности их удельные показатели (Вт/кг) становятся со-поставимыми с показателями ЯЭУ, а увеличение габаритных размеров панелей солнечных батарей ухудшает эксплуатационные характеристики КА.
Использование в составе космических аппаратов ЯЭУ позволит резко повысить эффективность их функционирования и расширить решае-мый ими круг задач. Важным достоинством ЯЭУ является практическая независимость мощности от расстояния до Солнца, а также возможность энергообеспечения КА на теневых участках орбиты. О высокой перспек-тивности космической ядерной энергетики также свидетельствует актив-ное развитие программ, связанных с данной тематикой, в США, ЕС, Китае.
Одним из важнейших требований безопасности при эксплуатации КА с ЯЭУ является запуск ЯЭУ только при достижении радиационно-безопасной орбиты. Для большинства разрабатываемых ЯЭУ эта орбита должна обеспечивать время существования КА не менее 400 лет при вре-мени работы реактора 7 лет. Рассматриваемый в данной работе КА обес-печивает требуемые сроки существования на круговых орбитах высотой не менее 800 км. Таким образом, необходимо обеспечить выведение КА на радиационно-безопасную орбиту с выключенной ЯЭУ.
Для выведения КА предлагается использование РН «Союз-2», кото-рая для наклонения опорной орбиты 67,1º обеспечивает доставку КА на круговую орбиту высотой 190 км либо на эллиптическую опорную орбиту с перигеем 190 км и высотой апогея до 800 км. Следовательно, в состав КА должна входить ДУ, обеспечивающая выдачу импульсов скорости для пе-ревода КА на круговую радиационно-безопасную орбиту.
Критериями выбора ДУ являются:
– минимальная масса заправленной ДУ, обеспечивающей требуе-мые импульсы скорости при движении центра масс КА и управляющих моментов при угловом движении КА;
– максимальная надёжность ДУ;
– конструктивные особенности КА с ЯЭУ.
Результатом анализа соответствия различных вариантов ДУ пред-ставленным выше критериям является определение первоначального об-лика ДУ: её типа (жидкостная на двухкомпонентном или однокомпонент-ном топливе, электрическая и т.д.), состава управляющих двигателей, па-раметров маршевого двигателя, обеспечивающего доставку КА на радиа-ционно-безопасную орбиту. Выбранная на данном этапе ДУ должна обес-печивать принципиальную возможность довыведения.
Следующим этапом выбора ДУ является сравнительный анализ возможных вариантов исполнения ДУ и достигаемой при этом экономии массы заправленной ДУ. Кроме экономии массы, исследование влияния различных параметров ДУ на качество управления движением КА прово-дится с целью увеличения времени ориентированного полёта на радиаци-онно-безопасной орбите за счёт подбора микродвигателей с оптимальны-ми для выбранной схемы их расположения тяговыми характеристиками. Выбор конкретного микродвигателя обусловлен требованиями к величине управляющего момента, равного произведению тяги ЖРД МТ на его плечо относительно центра масс КА. Величина тяги выбирается из условия обес-печения требуемой угловой скорости КА в каждом канале управления (точности стабилизации).