"Антарес" - шаг вперёд

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 061.1+629.764

Государственное предприятие “Конструкторское бюро “Южное”

имениМ. К. Янгеля”

“АНТАРЕС” - ШАГ ВПЕРЁД

Представлено сотрудничество Государственного предприятия “Конструкторское бюро “Южное” c Orbital Sciences Corporation в создании ракеты-носителя “Антарес”. Показан прогресс в научно-технических, производственных и испытательных сферах космической отрасли Украины. Отмечена важность участия в проекте молодых работников для их становления и развития.

Ключевые слова: Государственное предприятие “Конструкторское бюро “Южное”, ракета-носитель, основная конструкция первой ступени.

ракета научный технический космический

Відображено співробітництво Державного підприємства “Конструкторське бюро “Південне” з Orbital Sciences Corporation у створенні ракети-носія “Антарес”. Показано прогрес у науково-технічних, виробничих та випробувальних сферах космічної галузі України. Зазначено важливість участі у проекті молодих працівників для їх становлення і розвитку.

Ключові слова: Державне підприємство “Конструкторське бюро “Південне”, ракета-носій, основна конструкція першого ступеня.

The cooperation of the Yuzhnoye State Design Office with c Orbital Sciences Corporation in developing Antares launch vehicle is presented. The progress in scientific and technological, production and testing spheres of space industry of Ukraine has been shown. The importance of participation of the young workers in this project for their formation and development as scientists has been mentioned.

Key-words: the Yuzhnoye State Design Office, launch vehicle, Stage 1 Core Structure.

Введение

21 апреля 2013 года в 24.00 по киевскому времени с космодрома Уоллопс (Вирджиния, США) был произведен первый демонстрационный пуск ракеты-носителя (РН) среднего класса “Антарес”. В рамках этого пуска РН “Антарес” вывела на орбиту имитатор полезного груза, три малых спутника NASA PhoneSat и один коммерческий наноспутник дистанционного зондирования Земли.

Orbital Sciences Corporation намеревается использовать “Антарес” для запуска своих грузовых космических кораблей Cygnus (Лебедь) согласно программам NASA по доставке грузов частными компаниями на Международную космическую станцию. В дополнение ракета может быть использована для малых и средних миссий.

Суть работы - создание основной конструкции первой ступени (ОКПС) РН “Антарес”, а также соответствующей контрольно-проверочной аппаратуры и наземного технологического оборудования для ракетно-космического комплекса среднего класса. РН “Антарес”, в которой ГП “КБ “Южное” явилось разработчиком (ОКПС), наполовину состоит из украинских компонентов.

Цель написания статьи. Проанализировать работу по проекту “Антарес”, отметить её прогрессивные моменты, показать их значение для ГП “КБ “Южное” и Украины.

Задачи:

- обосновать уникальность программы “Антарес”, научную новизну технических решений и практическую ценность;

- отметить участие молодых работников в проекте “Антарес”;

- признать важность работ по проекту “Антарес” ГП “КБ “Южное” на государственном уровне.

Изложение основного материала [3]

18 сентября 2013 года в 17.50 по киевскому времени с космодрома Уоллопс осуществлен второй демонстрационный пуск РН “Антарес” с грузовым космическим кораблем Cygnus. 29 сентября состоялась его стыковка с Международной космической станцией. Грузовой корабль Cygnus доставил ~ 600 кг полезного груза. 23 октября Cygnus завершил свою миссию и сгорел в плотных слоях атмосферы. Демонстрационные миссии успешно выполнены.

Обоснование уникальности программы “Антарес”, научной новизны технических решений и практической ценности

Уникальность РН “Антарес” заключается в особенностях её создания. Особенность программы “Антарес” обусловливается тем, что украинская сторона впервые выполняет весь комплекс работ по проектированию, отработке и изготовлению материальной 152

части основной конструкции I ступени для РН, заказанной Национальным космическим агентством США. Двухступенчатая РН “Антарес” выполнена по схеме “тандем”. Первая ступень - жидкостная (кислород-керосин), вторая ступень - твердотопливная.

ОКПС РН “Антарес” разработана ГП “КБ “Южное” им. М.К. Янгеля”, изготовлена ГП “ПО “ЮМЗ” имени А.М. Макарова” в кооперации с украинскими предприятиями “Хартрон-АРКОС” (Харьков), “Киевприбор” (Киев), “Хартрон- ЮКОМ” (Запорожье), “ЧЕЗАРА”, “РАПИД” (Чернигов) и др. Подготовка РН “Антарес” к пуску, ее испытания и пуск выполнены при участии специалистов ГП “КБ “Южное”, ГП ПО ЮМЗ, НПО “Хартрон-АРКОС”. Украинские специалисты в полном объёме обеспечили выполнение всех операций в своём секторе ответственности.

Во время разработки ОКПС РН “Антарес” был внедрён целый ряд новых технических решений:

- впервые в ракетостроении были разработаны и изготовлены топливные баки для переохлаждённого кислорода с температурой до минус 196 градусов по Цельсию без использования внешней теплоизоляции корпуса, что в свою очередь позволило повысить энергетические возможности РН в целом;

- в самый короткий срок и с минимальными затратами были усовершенствованы технологические циклы изготовления топливных баков, монтажа магистралей пневмогидравлической системы подачи компонентов топлива, баллонов для сжатых газов и множества агрегатов одновременно с оперативным и качественным выпуском необходимой конструкторской документации, которая отвечает современным требованиям и нормам действующих международных стандартов;

- впервые была разработана конструкция крупногабаритного раздельного клапана окислителя, который может работать в сложных динамических условиях и температурном диапазоне от минус 200 до плюс 100 градусов по Цельсию. Этот клапан прошел полномасштабные цеховые и стендовые испытания, которые подтвердили его работоспособность. Конструкция клапана полностью подтвердила свою работоспособность при демонстрационных пусках РН;

- на основании имеющегося инженерного опыта разработан и внедрён эффективный цикл испытаний, проверки и контроля систем, подсистем и элементов автоматики, который позволил с минимальными временными и материальными затратами обеспечить их работоспособность в составе опытных конструкций при наземных стендовых и огневых испытаниях РН и в полёте;

- с учётом специфики эксплуатации РН “Антарес” разработана рациональная пневмогидравлическая система подачи компонентов топлива в систему маршевых двигателей, которая имеет в своём составе современную управляемую систему наддува топливных баков с оригинальной конструкцией распылителя газа и заборных устройств компонентов топлива, новая оперативная циклограмма работы и методика предстартовой подготовки системы маршевых двигателей в части захолаживания узлов и расходных магистралей подвода топлива;

- создан уникальный задел для систематизации подходов в управлении проектами с учётом международных стандартов в области ракетно-космической техники, на основе которой можно совершать разработку и эксплуатацию ракетнокосмических комплексов любой конфигурации в соответствии с требованиями международных заказчиков;

- проверена на практике работоспособность внедряемой при разработке проекта “Антарес” системы электронного документооборота, которая подтвердила эффективность и целесообразность дальнейшего использования системы в других международных космических проектах;

- внедрена и отработана технология комплексной разработки ракетно-космических систем на основании дерева продукта, дерева документации, структуры распределения работ, плана управления проектом, конфигурацией и данными;

- для повышения надёжности функционирования агрегатов автоматики разработан способ определения их негерметичности, что позволяет своевременно вносить изменения в их конструкции;

- для надёжного крепления РН на пусковом столе и гарантированной рас- фиксации во время пуска спроектирован технологический отсек;

- разработан и выпущен комплект конструкторской документации на отсек удержания;

- для надёжного соединения с устройством сушки воздуха на дренажной горловине бака РН и дистанционного его разъединения перед заправкой создан переходной узел;

- предложено приспособление для наддува топливного бака, которое уменьшает габариты и вес конструкции, а также позволяет получать оптимальные параметры газа на входе в бак;

- разработан и выпущен комплект документации на ОКПС РН “Антарес”;

- решен вопрос высокоэффективного и надёжного наддува топливных баков.

При создании ОКПС “Антарес” использовались как ранее полученные патенты, так и вновь поданные заявки на изобретения. Научная новизна технических решений подтверждается наличием заявок на патенты Украины. Всего при создании ОКПС РН “Антарес” было подано 6 заявок на патент Украины. Благодаря внедрению изобретений в ОКПС стало возможным не только обосновать получения патентов, но и создать ОКПС как уникальный, отличный от существующих аналогов проект.

Старт РКН осуществляется под действием тяги двигательной установки первой ступени, в которой используются двигатели на базе жидкостных реактивных двигателей НК-33, созданные в рамках советской лунной программы. Компания “Аэроджет” его доработала для использования на американских ракетах- носителях. Вначале двигатель выходит на предварительный режим тяги. До перехода его с предварительного режима на главный режим тяги РН находится на пусковом столе. Затем РН выходит на главный режим тяги. Из-за особенностей выхода на режим этих двигателей получалось, что в совокупности с ветровым воздействием и другими факторами могла произойти потеря устойчивости РН при старте (иными словами, РКН потенциально могла опрокинуться).

В целях обеспечения устойчивости РН на пусковом столе при старте был разработан так называемый отсек удержания, механизмы которого удерживали РН от опрокидывания в процессе постепенного набора тяги двигательной установкой. Из множества вариантов возможных конструктивных и схемных решений в вопросе обеспечения устойчивости РН при старте специалистами КБЮ был выбран вариант, где простота и надежность являлись главными критериями проектирования. Корпус отсека удержания обеспечивает свободное размещение сопел ДУ первой ступени, а также ихний безударный выход при старте. Механизмы удержания были сконструированы таким образом, что расфиксация механизмов из положения удержания после срабатывания пироавтоматики обеспечива- лась ходом РН. Похожая схема реализована, например, на РН семейства “Зенит”. Однако отличительной особенностью отсека удержания РН “Антарес” является простота и относительная дешевизна конструкции отсека, а также применение высоконадежной пироавтоматики. Оценка устойчивости на стадии проектирования проводилась специалистами КБЮ. Изготовление опытной конструкции отсека удержания, экспериментальная отработка производились на производственной базе ГП ПО ЮМЗ. Кроме основной задачи в вопросе обеспечения устойчивости РН корпус отсека удержания размещает на себе интерфейсы стыковки ракетной и наземной частей электрокоммуникаций, трубопроводов и т.д., что позволяет облегчить вес РН, а конструкцию отсека удержания, как часть специального наземного технологического оборудования, использовать с позиции универсальности агрегатов и систем в целом [2].

Участие Государственного предприятия “КБ “Южное” и ГП ПО ЮМЗ в проекте “Антарес” создает мощную основу для увеличения научного потенциала, технического перевооружения, модернизации производственной и испытательной базы ракетно-космической отрасли Украины. В процессе подготовки и проведения испытаний по проекту “Антарес” были созданы новые и модернизированы старые испытательные стенды, разработано и изготовлено уникальное технологическое оборудование и оснащение, которое позволит в дальнейшем на новом качественном уровне широко использовать испытательные стенды ГП “КБ “Южное” в интересах развития ракетно-космической и авиационной отрасли. Успешная реализация проекта “Антарес” позволит в будущем расширить круг международного сотрудничества. Оно послужит хорошей рекомендацией для участия в различных конкурсах и тендерах.

Технологии РН “Зенит”, использованные для ОКПС РН “Антарес” усовершенствовались. Например, отсек удержания уже более простой (надёжный), чем для РН “Зенит”. Всё это в совокупности с остальными составляющими РН определяет РН “Антарес” как новую, не имеющую аналогов разработку.

Участие молодых специалистов в работе по проекту “Антарес”

На ГП “КБ “Южное” в своём большинстве работают молодые работники (МР), пришедшие на предприятие после получения образования в высшем учебном заведении. Их учеба основана на лекционных и практических занятиях. По некоторым дисциплинам были лабораторные занятия и курсовые работы. Их наличие значительно приближало использование полученных знаний в практической плоскости. Однако активному студенту, прошедшему полный курс обучения и ставшему бакалавром или магистром, необходимо такое приложение базового образования, чтобы видеть свои разработки в готовых изделиях.

МР на ГП “КБ “Южное” получают возможность применять свой учебный опыт на конкретных разработках. ГП “КБ “Южное”, как головное проектноконструкторское предприятие космической отрасли Украины, производит комплекс работ на всех этапах проектирования, отработки и изготовления изделий.

Проект “Антарес” отличается от других проектов тем, что он прошёл все стадии проектирования, конструирования, отработки и изготовления в наши дни. Он представляет собой первую ступень ОКПС - самую энергетически мощную ступень РН. Для её разработки были задействованы все подразделения предприятия. Участие МР на различных этапах разработки ОКПС - это закрепление полученных в вузе знаний и умение их использовать на практике. Таким образом, происходит наиболее эффективная передача ценного опыта работающих ветеранов предприятия МР.

Молодые специалисты имели возможность участвовать во всех этапах разработки ОКПС или прослеживать их:

- аванпроект;

- предпроектные работы;

- проектные работы;

- конструкторские работы;

- полный комплекс наземной отработки. В него входит проведение испытаний ОКПС и её элементов на базе ГП “КБ “Южное”, а также проведение испытаний на космодроме Уоллопс;

- изучение телеметрической послепусковой информации.

а - общий вид ОКПС; б - ОКПС в сборочном цехе ГП ПО ЮМЗ; в - торжественная отправка ОКПС на космодром Уоллопс ; г - этап отработки первой ступени РН “Антарес” на космодроме Уоллопс ; д - РН “Антарес” перед стартом

Рис.1. Этапы разработки ОКПС РН “Антарес” (до 12 декабря 2011 г. РН называлась “Таурус-2”):

МР учатся уже на изделии, которое проходит все этапы разработки. Они понимают важность (и реальность) своих результатов, их востребованность на следующих этапах разработки, и, главное, видят воплощение своего труда непосредственно на самом изделии. Видят старт, штатную работу - миссия выполнена. И вся эта работа проходила интенсивно: в 2007 г. подписан контракт, в 2010 г. изготовлена первая ОКПС и 21.04.2013 г. состоялся первый пуск. Прошло 6 лет от контракта до первого пуска! Необходимо заметить, что статус молодого работника на предприятии - 7 лет. Это значит, что МР могли получить бесценный опыт всех этапов разработки на настоящем изделии. Это тот бесценный опыт, который делает из выпускника вуза опытного специалиста. Именно благодаря такому опыту он становится специалистом с рабочим опытом, а не учебным.

Программа “Антарес” является уникальным примером того, как за три года была выпущена проектная и конструкторская документация, проведены экспериментальная отработка и инспектирование ОКПС. Первый пуск РН “Антарес” подтвердил возможность ГП “КБ “Южное” участвовать в международных программах на достойном мировом уровне. Участие МР в международных программах показывает высокий уровень доверия руководства предприятия к вчерашнему выпускнику.

Признание важности работ по проекту “Антарес” ГП “КБ “Южное” на государственном уровне

За создание ОКПС РН “Антарес”, а также соответствующей контрольно-проверочной аппаратуры и наземного технологического оборудования коллектив авторов ГП “КБ “Южное”, ГП ПО ЮМЗ и Государственного космического агентства Украины был награждён премией Кабинета Министров Украины за разработку и внедрение инновационных технологий. Президентом НАН Украины, академиком Б. Е. Патоном подписано заключение о высокой конкурентоспособности и инновационной новизне проекта “Антарес”. Это признание на высшем научном уровне новизны, актуальности и значимости. Кабинет Министров Украины присудил премию коллективу авторов: А. В. Дегтярёву, А. П. Кушнарёву, М. А. Бондарю, В. Н. Сирен- ко, Е. И. Шевцову, В. М. Федорову и С. А. Давыденко - ГП “КБ “Южное”; В. А. Щеголю и В. И. Денисову - ГП ПО ЮМЗ; С. А. Баулину - Государственное космическое агентство Украины. Кабинет Министров Украины, в свою очередь, признал важность космической отрасли для государства Украины. Участие ГП “КБ “Южное” в проекте создания РН “Антарес” в полной мере отвечает приоритетным направлениям развития науки и техники и инновационной деятельности, задекларированным основными положениями Государственной космической программы Украины, закона Украины о приоритетных направлениях развития науки и техники. Оно также соответствует рамочным соглашениям между правительствами Украины и США о сотрудничестве в сфере изучения и использования космического пространства в мирных целях, что способствует всестороннему развитию долгосрочного сотрудничества и партнёрства между Украиной и Соединёнными Штатами Америки в космической сфере. Этот проект обеспечивает развитие сектора научных исследований и научнотехнических разработок в целях обеспечения конкурентоспособности отечественного производства, равноправное участие Украины в международном разделении работы, способствует дальнейшему развитию научно-технического прогресса и материального производства в нашей стране.

Выводы

1. Успех программы “Антарес” заключается в применении модернизированных или усовершенствованных готовых и проверенных технических решений, которые в совокупности определили уникальность разработки.

2. Успешная реализация “Антарес” представляется положительным примером для нынешнего и последующего поколений МР ГП “КБ “Южное” и является залогом дальнейшего их закрепления на предприятии как опытных специалистов.

3. Участие ГП “КБ “Южное” в разработке РН “Антарес” способствовало развитию отечественной науки и техники, совершенствованию испытательной и производственной базы и укреплению имиджа Украины в мировом ракетостроении. А это и есть развитие - шаг вперёд.

Библиографические ссылки

ракета научный технический космический

1. Антарес (Ракета-носитель): електронний ресурс: ресурс: http://

ru.wikipedia.org/wiki/

2. Гурец А. В. Особенности старта РКН “Антарес” / А. В. Гурец, П. В. Семененко //Матеріали VIII наукових читань “Дніпровська орбіта - 2013”: Збірник доповідей. - Д.: НЦАОМ, 2013.- С. 33-35.

3. Давыденко С. А. Антарес-шаг вперёд / С. А. Давыденко, П. В. Семененко // Матеріали VIII наукових читань “Дніпровська орбіта - 2013”: Зб. доповідей. - Д.: НЦАОМ, 2013.- С. 81-86.

4. Семененко П. В. Значение программы “Таурус - II” (“Антарес”) для молодых кадров ГП КБ “Южное / П. В. Семененко // Матеріали VIII наукових читань “Дніпровська орбіта - 2013”: Зб. доповідей. - Д.: НЦАОМ, 2013.- С. 129-134

Надійшла до редколегії 30.11.2013.

Размещено на Allbest.ru