Семейство разгонных блоков Д

Семейство разгонных блоков Д — семейство разгонных блоков (верхних ступеней), происходящих от блока «Д» — пятой ступени космического ракетного комплекса Н1-Л3, предназначенного для полёта на Луну советских космонавтов. Используют в качестве топлива пару жидкий кислород — керосин, при этом допускается заправка «синтином» без переделки конструкции[1].

Блок Д

История создания

В составе штатного комплекса блок «Д» отвечал за перевод связки ЛК-ЛОК с траектории перелёта на окололунную орбиту, за перевод ЛК с окололунной орбиты на посадочную траекторию, а также за коррекции при перелёте (блоки «А», «Б» и «В» — первые три ступени ракеты Н-1, выводившие комплекс на низкую опорную орбиту, блок «Г» разгонял экспедицию к Луне). Поэтому максимальное число запусков двигателя блока «Д» (он имеет индекс 11Д58, или РД-58 в некоторых источниках) было равно семи, а время жизни блока «Д» было равно 7 суткам. Для этого кислородный бак имел форму сферы и был снабжён теплоизоляцией. Кроме того, он заправлялся охлаждённым до −200 °C кислородом (температура кипения −183 °C), что позволяло дополнительно уменьшить потери на испарение, и, вдобавок, увеличивало плотность жидкого кислорода, экономя необходимый объём бака. Бак керосина имел тороидальную форму и был наклонён на 3 градуса, для упрощения конструкции топливозаборника. Тяга двигателя 11Д58 составляла 8,5 тс.

Применение

В связи с неготовностью ракеты Н-1 было принято решение о программе облёта Луны без высадки с помощью ракеты УР-500К. Для этого был разработан космический корабль 7К-Л1, заимствовавший часть систем с орбитального корабля 7К-ОК, известного как «Союз». Чтобы придать кораблю необходимую скорость, трёхступенчатая УР-500К была снабжена четвёртой ступенью — блоком «Д», заимствованным с ракеты Н-1.

Под названиями «Зонд-5»…«Зонд-8» корабль 7К-Л1 четырежды облетал Луну, но без космонавтов («Зонд-4» был запущен в противоположную от Луны сторону на высокоэллиптическую орбиту с высотой апогея около 330 000 км).

Ракета УР-500К, получившая имя «Протон», вместе с блоком Д и дальше использовалась для запуска лунных станций «Луна-15»…«Луна-24», и межпланетных станций «Венера-9»…«Венера-16», «Марс-2»…«Марс-7», «Вега» и «Фобос». В 1974 году начались полёты и на геостационарную орбиту для вывода спутников связи «Горизонт», «Радуга», «Экран».

Требования, предъявлявшиеся к блоку Д в составе лунного комплекса, не вполне соответствовали тому, что было нужно для АМС и спутников связи. В результате была предпринята модификация, направленная на повышение грузоподъёмности и снижение стоимости блока Д. Модифицированный разгонный блок, названный ДМ, имел время активного существования всего 9 часов, и количество запусков двигателя было ограничено тремя. Это позволило избавиться от теплоизоляции на баке кислорода, и части блоков системы обеспечения запуска СОЗ.

В связи с различными требованиями, предъявляемыми разнообразными полезными нагрузками, были разработаны и другие модификации — ДМ-2, ДМ-03. Для работы в составе комплекса «Зенит-3SL» была разработана модификация ДМ-SL. Кроме керосина, блок ДМ может использовать в качестве горючего синтетический углеводород «синтин», что увеличивает удельный импульс его двигателя с 358 до 361 единицы.

Использование блока ДМ на ракете «Протон» подходит к концу — он заменяется блоком «Бриз-М», но в программе «Морской старт» блок ДМ-SL (в программе «Наземный старт» используется ДМ-SLБ) будет использоваться и дальше. Это связано с тем, что «Бриз-М» использует те же компоненты топлива, что и ракета «Протон», а блок ДМ, наоборот, соответствует ракете «Зенит». Интересно, однако, что для выведения спутников «Глонасс-М» («Ураган-М») на круговые орбиты высотой около 20 000 км блок ДМ обеспечивает более высокую точность выведения, чем «Бриз-М», и поэтому его использование на ракете «Протон-М» прекратится, видимо, только после окончательной замены спутников «Глонасс-М» на новые негерметичные аппараты «Глонасс-К», лётные испытания которых начались в феврале 2011 года. Тем не менее, 5 декабря 2010 года был осуществлён первый запуск новой модификации блока ДМ (11С861-03) с увеличенной заправкой и большей грузоподъёмностью. Блок ДМ-03 был использован для запуска тройки спутников «Глонасс-М», при этом вывод на орбиту завершился неудачно[2].

Отношение к выводу из эксплуатации блока ДМ несколько изменилось после аварий РБ «Бриз-М» в 2006 году при запуске «Арабсат-4А» и в 2008 году при запуске АМС-14, и, возможно, блок ДМ останется в эксплуатации для подстраховки и как опция для коммерческих заказчиков.

19 августа 2012 года разгонный блок ДМ-SL установил рекорд по точности выведения при запуске[3].

Модификации

Блок Д (11С824)

Прототипом данного блока, является блок «Д», разработанный ОКБ-1, в качестве пятой ступени комплекса Н1-Л3, части советской лунно-посадочной пилотируемой программы и межпланетных станций «Венера-9»…"Венера-16", «Марс-2»…"Марс-7", «Вега» и «Фобос». В этом варианте блок Д не имел собственной системы управления, управление осуществлялось из СУ космического аппарата.

На блоке «Д» комплекса Л3 устанавливался двигатель 11Д58 разработки ОКБ-1. Двигатель 11Д58, выполненный по замкнутой схеме, впервые должен был обеспечивать многократный запуск в условиях космического пространства и невесомости с помощью раскрутки бустерного бакового турбонасосного агрегата окислителя сжатым газом из автономной газобаллонной секции пневмогидросистемы пуска блока «Д». В процессе пневмозапуска насос окислителя создавал значительный напор (около 10 кг/см²), что обеспечивало надёжное заполнение неохлажденного тракта окислителя жидким кислородом и начальный уровень расхода газогенераторного газа через турбину основного ТНА, необходимые для выхода двигателя на нормальный режим. Такая схема обеспечивала минимальные потери кислорода на захолаживание ДУ. Для уменьшения теплового притока к окислителю (переохлажденный кислород с температурой до −193 °C) была принята сферическая форма бака окислителя с экранно-вакуумной теплоизоляцией, а все соединения выполнены с помощью тепловых мостов. Бак горючего, внутри которого располагался двигатель, имел форму тора. На блоке впервые были применены технические решения, которые впоследствии стали классическими в ракетной технике (например, использование баковых преднасосов, входящих в состав двигателя, и хранение гелия в баллонах, погруженных в жидкий кислород, и др.)[4]

Блок ДМ (11С86)
Двигатель 11Д58М

Модификация блока Д, разработанная для выведения на геостационарную орбиту спутников связи и телевидения, разработки КБ ПМ (Главный конструктор М. Ф. Решетнёв).

Спутники связи не имели аппаратуры управления ракетным блоком, поэтому блок Д был оснащен самостоятельной системой управления, расположенной в герметичном приборном отсеке тороидальной формы, в котором также размещалась аппаратура телеметрии и командной радиолинии. Приборный отсек был установлен на специальной ферме над баком окислителя и имел систему терморегулирования. На блоке Д был установлен двигатель 11Д58М, разработанный в НПО «Энергия» под руководством Б. А. Соколова. Данный двигатель серийно изготавливается на Воронежском механическом заводе.

Модифицированный разгонный блок имел время активного существования 9 часов, и количество запусков двигателя было ограничено тремя. В настоящее время[когда?] используются разгонные блоки моделей ДМ-2, ДМ-2М и ДМ-03 производства РКК «Энергия», у которых количество включений было увеличено до 5[5][6].

Разработка

Разработка блока ДМ началась в 1969 году. Блок этой модификации с 3 августа 1973 года[7] по 30 июля 1975 года прошёл шесть огневых испытаний, в процессе которых блок заправлялся по два-три раза, а двигатель включался по 4—5 раз. Эксплуатируется с РН «Протон» с 1974 года.

Характеристики
  • Масса блока ДМ сухая: 3420 кг
  • Масса элементов, отделяемых в полёте: 1090 кг
  • Масса КА, выводимых на ГСО: до 2600 кг
  • Заправляемый запас компонентов топлива: 15 050 кг
  • Длина: 6280 мм
  • Ширина (диаметр): 3700—4100 мм[8]
  • Тяга двигателя 11Д58М (в пустоте): 8550 кгс
  • Удельная тяга (в пустоте): 361 с

Блок ДМ состоит из: маршевого двигателя; двух двигательных установок стабилизации и ориентации; сферического бака окислителя; тороидального бака горючего; приборного отсека; аппаратуры командно-измерительного комплекса; отделяемых в полете нижнего и среднего переходников.

Подтвержденная надежность двигателя 0,997 при доверительном уровне 0,9. Каждый двигатель проходит контрольные испытания без переборки с использованием прогрессивных средств диагностирования технического состояния.

Коммерческие блоки

Разработка коммерческих блоков на базе блока ДМ началась в 1993 году. Коммерческие блоки получили обозначение в виде двух исходных букв ДМ и номера модификации, связанных с необходимостью доработки под конкретную иностранную коммерческую нагрузку В конструкторской документации этот номер пишется сразу после букв ДМ без пробела, в отличие от официальных названий блоков 11С861-01, принятых военно-космическими силами (ВКС). В официальных названиях исходные буквы и номер модификации пишутся через дефис (Д-2, ДМ-2, ДМ-2М). Существование двух систем похожих обозначений породило немало путаницы.

Первоначально каждый разгонный блок проектировался под конкретную полезную нагрузку. Это объяснялось небольшим количеством контрактов на коммерческие запуски с помощью РН «Протон-К», ограниченных квотой в пять пусков. В порядке заключения контрактов блоки получили обозначения: для КА Inmarsat 3 — ДМ1, для трёх пусков КА Iridium — ДМ2, для КА Astra IF — ДМ3 и для КА Tempo FM1 — ДМ4. В связи с тем, что крепление семи КА Iridium требовало установки диспенсера большого диаметра, в качестве прототипа блока ДМ2 был взят не 11С861-01, а ещё не использовавшийся тогда РБ 17С40. На этом блоке верхняя силовая ферма, на которой крепится адаптер системы разделения, имеет больший диаметр, чем на блоках серии 11С861.

ДМ3

ДМ3 — коммерческий вариант блока ДМ, изначально предназначавшийся для вывода КА типа Astra IF. Разгонным блоком ДМ3 было успешно выведено множество иностранных коммерческих спутников. 25 декабря 1997 года КА Asiasat-3 не был выведен на заданную орбиту из-за неисправности РБ.

ДМ4

ДМ4 — коммерческий вариант блока ДМ, изначально предназначавшийся для вывода КА типа Tempo FM1.

Блок ДМ-2 (11С861)

Блок ДМ-2 использует однокамерный двигатель 11Д58M на компонентах топлива жидкий кислород — керосин. Первый запуск блока ДМ-2 состоялся 12 октября 1982 года, когда на близкую к круговой орбиту были выведены два первых спутника серии «Ураган» и габаритно-весовой макет третьего спутника.[9]. Разгонный блок ДМ-2 успешно вывел международную астрофизическую обсерваторию «Интеграл».

Блок ДМ-2М (ДМ-2-01, 11С861-01)

Блок ДМ-2М имеет повышенные энергетические характеристики и использует двигатель 11Д58С. Эта модификация ДУ в качестве горючего использует синтетический керосин («синтин»). Новая модификация блока 11С861-01 впервые использовалась 20 января 1994 года. Этот блок отличается от своего предшественника уменьшением в некоторых местах числа слоев теплоизоляционного покрытия, изменениями в системе управления и пр. За счет этого масса блока снизилась на 120 кг. Массу же выводимых на стационарную орбиту аппаратов удалось поднять до 2500 кг. Разгонный блок 11С861-01 использовался для выведения российских спутников «Экспресс».

Блок ДМ-03 (11С861-03)

Блок ДМ-03 — один из основных российских разгонных блоков, предназначенных для проведения запусков космических аппаратов с низкой околоземной на высокоэнергетические орбиты, включая геостационарную, высококруговые и высокоэллиптические орбиты, а также отлетные траектории к Луне и планетам Солнечной системы[10].

Блок 14С48 («Персей»)

14С48 — модернизированный вариант разгонного блока 11С861-03 с двигателем 11Д58М, который создавался в рамках ОКР «Двина-ДМ» по заказу Роскосмоса для РН «Протон-М» с последующей адаптацией его к «Ангаре-А5» и другим перспективным РН тяжелого класса[11]. Но поскольку эксплуатация «Протонов» должна завершиться в 2026 году, работы по ОКР «Двина-ДМ» были прекращены, и дальнейшая модернизация разгонного блока проводится уже в рамках ОКР «Персей-КВ» только для РН «Ангара-А5». Так, ОКР «Персей-КВ» предполагает создание комплекса разгонного блока для «Ангары-А5» на космодроме Плесецк. В перспективе, согласно Федеральной космической программе России на 2016—2025 годы, аналогичный комплекс (ОКР «Орион») будет строиться на космодроме Восточный.

При создании базового модуля разгонного блока 14С48 были использованы наработки с РБ 11С861-03, 452ГК и 314ГК.А18. Так, в новом «разгоннике» увеличены топливные баки, изменилась пневмогидросистема. Его отработкой изначально занимался ОАО «Красмаш», но впоследствии производство было передано Воронежскому механическому заводу.

В начале декабря 2018 года «Красмаш» отгрузил первый летный образец 14С48[12]. В 20-х числах декабря в РКК «Энергия», которая является разработчиком 14С48, с завода «Красмаш» был доставлен базовый модуль первого разгонного блока. В 2019 году в ЦНИИмаш намечаются вибропрочностные испытания макета нового разгонного блока. В течение 2019 года году специалистам РКК «Энергия» предстоит дооборудовать и испытать РБ 14С48 перед предстоящим в четвёртом квартале 2019 года использованием в ходе второго пуска ракеты «Ангара-А5»[13]. В декабре 2020 года стало известно, что запуск «Ангары-А5» с РБ «Персей» состоится в 2021 году.

27 декабря 2021 года с космодрома Плесецк состоялся третий испытательный пуск тяжёлой ракеты-носителя «Ангара-А5» с разгонным блоком «Персей». РБ «Персей» с макетом полезной нагрузки штатно отделился от ракеты-носителя, но не вышел на заданную геостационарную орбиту высотой 36 тыс. км[14]. По данным Командования воздушно-космической обороны Северной Америки (NORAD) на низкой околоземной орбите высотой 179 × 201 км появился объект 50505/2021-133A, элементы орбиты которого соответствуют времени запуска «Ангары-А5». Спустя двое суток после запуска «Ангары» на сайте celestrak.com, отслеживающем околоземные объекты, фиксируемые NORAD, присутствовали уже 4 объекта[15].

Блок ДМ-УЗ (14С49)

14С49 — дальнейшая модернизация разгонного блока 14С48 с двигателем 11Д58МФ с улучшенными энергетическими характеристиками и увеличенной заправкой топливом для использования в пусках «Ангары-А5» (не ранее третьего пуска в рамках летно-конструкторских испытаний данной РКН)[16][17].

Характеристики
  • Масса блока ДМ сухая: 3140 кг,

в том числе сбрасываемые отсеки:

  • средний переходный отсек 700 кг
  • съемный отсек 250 кг
  • нижний переходник 290 кг
  • Заправляемый запас компонентов топлива: 18 900 кг
  • Компоненты топлива: жидкий кислород и нафтил
  • Длина: 6160 мм
  • Ширина (диаметр): 4100—4350 мм
  • Тяга двигателя 11Д58МФ (в пустоте): 5000 кгс
  • Удельная тяга (в пустоте): 372 с

Блок ДМ-5 (17C40)

Блок ДМ-5 — модификация блока ДМ, разработанная для выведения на орбиту тяжёлых космических аппаратов серии «Аракс».

Блок ДМ-SL

Блок ДМ-SL — модификация блока ДМ, предназначавшаяся в качестве разгонного блока РН «Зенит-3SL», которая используется для запусков по проекту Sea Launch. Считается[кем?] одним из самых «точных» разгонных блоков.

Блок ДМ-SL создан на основе РБ 315ГК, разработанного в РКК «Энергия» в 1980-х годах для РН «Зенит-3». Первый лётный блок ДМ-SL успешно выполнил свою задачу во время демонстрационного запуска РН «Зенит-3SL». Блоки ДМ-SL выпускаются с 1997 года параллельно с РБ ДМ3. В будущем невостребованные блоки серии ДМ3 тоже могут быть переделаны в РБ ДМ-SL.[18]

Характеристики
  • Масса конструкции полностью собранного блока: 3,5 т
  • Заправляемый запас топлива: 15,1 т
  • Тяга маршевого двигателя 11Д58М в вакууме: 8,0 тс
  • Количество включений маршевого двигателя: до 5
  • Масса ПГ, выводимого на ГСО: 2,5 т[19]

Блок ДМ-SLБ

Блок ДМ-SLБ — модификация ДМ-SL, переработанная специально для РН «Зенит-3SLБ», используемой для запусков с космодрома «Байконур» по проекту «Наземный старт». Впервые был использован при запуске спутника «Амос-3» в 2008 году.

Характеристики[20]
  • Масса конструкции полностью собранного блока: 3,22 т
  • Заправляемый запас топлива: 14,58 т
  • Тяга маршевого двигателя в вакууме: 8,103 тс
  • Количество включений маршевого двигателя: до 3

Характеристики
Характеристики семейства разгонных блоков Д
Название Индекс ГУКОС Масса РБ Топливо Запас топлива, т Маршевый двигатель Тяга в вакууме, тс Кол-во включений двигателя Масса ПГ на ГСО, т Начало эксплуатации
на Земле в космосе Протон-К Протон-М (3-го этапа) Зенит-2S
ДМ-2[5][21] 11С861 3,2 2,3 керосин + жидкий кислород 15,1 11Д58М 8,5 до 5 2,4 1982
ДМ-2М[22][6] 11С861-01 2,2 керосин + жидкий кислород 15,1 11Д58С 8,5 до 5 2,5 1994
ДМ-03[23] 11С861-03 3,245 2,35 керосин + жидкий кислород 18,7 11Д58М 8,5 до 5 2,95 3,44 2007
ДМ-SL[19] 3,5 керосин + жидкий кислород 15,1 8,0 до 5 2,5
ДМ-SLБ 3,22 керосин + жидкий кислород 15,58 8,103 до 3 2008

Примечания
  1. Российский разгонный блок ДМ-03. Досье. ТАСС (14 сентября 2015). Дата обращения: 30 марта 2016.
  2. Прогресс: Спутники ГЛОНАСС-М упали в Тихий океан // Lenta.ru, 5 мая 2012
  3. «Морской старт» поставил рекорд точности выведения спутника на орбиту — ПОЛИТ.РУ
  4. Гудилин В. Е., Слабкий Л. И. Разгонные блоки. Ядерные энергетические установки космических аппаратов. Ядерные ракетные двигатели. // Ракетно-космические системы (История. Развитие. Перспективы). — М., 1996. — 326 с.
  5. РАЗГОННЫЕ БЛОКИ ДМ, ДМ-SL. РКК «Энергия» им С. П. Королева. Дата обращения: 4 октября 2011.
  6. Россия. Новый разгонный блок ДМ-2М. Новости Космонавтики, №23/1994г.. Дата обращения: 5 октября 2011.
  7. http://www.mashin.ru/files/pol_11_1_60.pdf#5
  8. Ракета-носитель «Протон» (недоступная ссылка). Дата обращения: 22 ноября 2012. Архивировано 5 апреля 2013 года.
  9. НК 23-1994-2
  10. Совет главных конструкторов по летным испытаниям разгонного блока ДМ-03. Госкорпорация «Роскосмос» (22 мая 2019).
  11. В России создают новый разгонный блок для Ангары-А5 и тяжелых ракет. Техносфера (13 июля 2018).
  12. Очередная тяжелая Ангара-А5 получит новый разгонный блок. Техносфера (28 декабря 2018).
  13. Стартовый стол для «Ангары» в Плесецке дооборудуют, сообщил источник. РИА Новости (31 декабря 2018).
  14. 20-тонный «Персей» может обрушиться на Землю после Нового года, 29 декабря
  15. В Роскосмосе прокомментировали сообщения о невыходе блока «Персей» на нужную орбиту, 29 декабря 2021
  16. Вторую тяжелую ракету «Ангара А5» с новым разгонным блоком запустят в декабре 2019 года. Интерфакс (13 ноября 2018).
  17. Для ракеты «Ангара-А5В» разработают разгонные блоки с увеличенной заправкой. РИА Новости (22 июня 2019).
  18. Персональный сайт — Разгонный блок ДМ-2
  19. РКК «ЭНЕРГИЯ» — СРЕДСТВА ВЫВЕДЕНИЯ
  20. Center for Operation of Space Ground-Based Infrastructure — DM-SLB Upper Stages
  21. Block DM-2 11S861 (англ.) (недоступная ссылка). astronautix.com. Дата обращения: 5 октября 2011. Архивировано 24 января 2012 года.
  22. Block DM-2M 11S861-01 (англ.). astronautix.com. Дата обращения: 5 октября 2011. Архивировано 24 января 2012 года.
  23. Семейство разгонных блоков ДМ. Форум журнала «Новости космонавтики». Дата обращения: 4 октября 2011.

Литература

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.