СНИЖЕНИЕ УДАРНЫХ ПЕРЕГРУЗОК ПРИ РАЗДЕЛЕНИИ КОНСТРУКЦИИ ПРЕЦИЗИОННЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

© В.В.Ефанов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2013 г.

В настоящее время и в обозримом будущем создание прецизионной космической техники немыслимо без использования на борту различного рода устройств разделения, которые, как известно, при своём срабатывании оказывают значительное ударное воздействие на сам аппарат и на его составляющие части. Особенность ударных воздействий состоит в том, что они имеют импульсный характер и высокую скорость изменения, что приводит к появлению дополнительных инерционных нагрузок, которые, складываясь с остальными эксплуатационными нагрузками, вызывают значительное увеличение напряжений и деформаций конструкции. Это может служить причиной поломки или возникновения остаточных деформаций, препятствующих нормальному функционированию прецизионного оборудования космических аппаратов (КА).

Основными источниками динамического воздействия являются, в частности, силовые устройства разделения, такие как пиромеханические замки-толкатели и детонационные замки, в которых при срабатывании под действием высокоэнергетических газов происходит высокоскоростное перемещение элементов их конструкции и удар по КА. Указанные устройства воспринимают все механические нагрузки при наземной и лётной эксплуатации КА и осуществляют его отделение в определённый момент времени с заданными параметрами. Восприятие конструкцией удара зависит как от самой величины перегрузки, так и от того, какие частоты колебаний конструкции откликаются на действие ударного нагружения. Поэтому основными характеристиками такого нагружения являются пиковая перегрузка (ускорение) отклика. По мере распространения волны сжатия по конструкции объекта наблюдается значительное снижение великих ударных перегрузок. Это снижение зависит от демпфирующих характеристик конструкции КА и от наличия у неё конструктивных стыков.

Отклик конструкции КА зависит от исходного ударного воздействия устройств разделения. Для их снижения в конструкциях пирозамков-толкателей и детонационных устройств введены механические демпферы и предусмотрено газодинамическое демпфирование. Помимо этого успешным решением проблемы снижения динамического воздействия на КА при срабатывании импульсных (детонационных) устройств разделения является использование в них новых высокоэнергетических эластичных материалов. Они позволяют изготавливать монолитные «миниатюрные» заряды сложной конфигурации, работающие с высокой надёжностью и точностью; создавать на их основе принципиально новые конструкции исполнительных и передаточных устройств, существенно уменьшать массу и размеры элементов и устройств и, как следствие, снижать уровень их динамического воздействия на КА.

Первоначально при наземной отработке КА серии «Спектр» перегрузка ударного отклика при срабатывании пирозамка-толкателя достигала величины нескольких тысяч (1000…4500) в широком диапазоне частот от 1000 до 20000 Гц. С учётом отмеченных выше усовершенствований конструкции устройств разделения, а также рационального использования демпфирующих свойств конструкции КА, при удалении от плоскости удара (плоскости разделения) на расстояние 0,9 м (через один конструктивный стык) величина пиковой перегрузки снизилась на порядок — до 300. При удалении на расстояние 1,5 м (два стыка) величина перегрузки снизилась ещё на порядок — до 30.