ДВИГУНИ КОМПЛЕКСУ "МИР"
Борис Соколов.
заступник генерального конструктора
РКК "Енергія" ім. С.П. Королева,
доктор технічних наук
Олександр Борисенко.
заступник начальника відділення
РКК "Енергія" ім. С.П. Королева
Фелікс Лебедєв.
заступник начальника відділу
РКК "Енергія" ім. С.П. Королева
Понад 13 років функціонує в космосі орбітальний комплекс (ОК) "Мир" - дуже складний багатомодульні космічний об'єкт. Таке тривале існування ОК на орбіті забезпечено його унікальними руховими установками і не менш унікальною можливістю дозаправки їх в космосі.
Рухові установки, будучи виконавчими органами системи управління рухом ОК "Мир", забезпечують необхідні параметри орбіти, орієнтацію в просторі, програмні розвороти при стикуванні і розстикування з іншими космічними апаратами. Перехід від першої моноблочной (з обмеженим терміном служби) станції до постійно працює багатомодульні комплексу зажадав вирішення багатьох технічних завдань. Було потрібно, перш за все:
- збільшити ресурс роботи двигунів, електроарматури та інших агрегатів як за часом роботи, так і за кількістю включень;
- забезпечити корозійну стійкість паливних систем рухової установки при багаторічному функціонуванні та розробити ефективні заходи боротьби з накопиченням в паливних системах продуктів корозії;
- реалізувати систему багаторазової дозаправки паливом;
- створити конструкційні матеріали, що забезпечують високу надійність і працездатність двигунів;
- збільшити живучість і безпеку експлуатації рухових установок.
ОК «Мир» оснащений об'єднаної рухової установкою (ОДУ), всі двигуни якої приєднані до єдиної паливній системі, при цьому двигуни різного призначення і тяги харчуються із загальних баків. Така схема має достатню гнучкість при оптимальних масових характеристиках. ОДУ розміщується в негерметичному агрегатному відсіку, що примикає до задньої стінки герметичного робочого відсіку базового блоку.
Розташування маршових двигунів і двигунів орієнтації на базовому блоці ОК "Мир"
До складу ОДУ входять два (для взаємного дублювання) коригувальних двигуна (тягою 300 кг, розробник - КБХМ ім. А.М. Ісаєва) і 32 двигуна орієнтації (тягою 13 кг, розробник - НІІМАШ, м Нижня Салда). Останні забезпечують управління комплексом по трьом координатним осях з високим ступенем резервування. Обидва типи двигунів працюють при однаковому номінальному співвідношенні масових витрат компонентів палива, що спрощує прогноз витрачання палива.
Коригувальний двигун КРД-79 орбітального комплексу "Мир"
Фото з архіву РКК "Енергія"
Коригувальний двигун КРД-442 різних модулів "Миру"
Фото з архіву РКК "Енергія"
Для корекції орбіти модулів в процесі причалювання і стикування з комплексом «Мир» використовуються коригувальні двигуни КРД-442, змонтовані на модулях.
В ОДУ паливо з баків витісняється газом наддуву, що зберігаються в кулю-балонах. Поділ компонентів палива і газу в баках здійснюється за допомогою металевого сильфона з діафрагмою сферичної форми. Конструкція і матеріал сильфона розраховані на багаторазову дозаправку паливної системи, здійснювану транспортним вантажним кораблем (танкером) типу "Прогрес". При виконанні такої операції паливо під тиском подається в рідинну порожнину баків, а газ наддуву відкачується компресором назад в балони для повторного використання при роботі двигунів. Створений при цьому перепад тиску між баками танкера і ОДУ забезпечує перекачку палива.
Крім сильфонов і компресорів багаторазову дозаправку забезпечують гідрораз'еми стикувальних агрегатів, через які компоненти палива (окислювач і пальне) перекачуються з баків танкера в баки ОДУ.
При розробці агрегатів ОДУ комплексу "Мир" був врахований досвід експлуатації подібних пристроїв у складі станцій "Салют-5" і "Салют-6". Так, баки ОДУ забезпечені автоматами безпеки під час дозаправки - сигналізаторами положення сильфона, за сигналом яких припиняється дозаправка. Вся арматура (пневмоклапани, редуктор, запобіжний клапан) виконана з матеріалів, стійких до парам компонентів палива.
Дозаправка є досить тривалий процес і складається з декількох послідовно здійснюваних етапів:
- перевірки герметичності гідрораз'емов стикувальних агрегатів;
- створення перепаду тиску між баками танкера і баками ОДУ;
- роздільної перекачування компонентів палива;
- звільнення дозаправочная магістралей від палива перед розстикування (продування).
Управління дозаправкою може бути здійснено операторами з ЦУПа або космонавтами на борту комплексу.
Досвід експлуатації орбітальних станцій показав, що процеси дозаправки паливом на орбіті повинні бути максимально автоматизовані з метою звільнення космонавтів для проведення науково-дослідних або технологічних робіт. Вперше це було здійснено на комплексі "Мир". Алгоритми управління дозаправкою закладені в бортову обчислювальну машину. І тільки в нештатних ситуаціях до цієї роботи доводиться залучати космонавтів.
ОДУ побудована за принципом дублювання всіх основних агрегатів, включаючи паливні баки, балони високого тиску, компресори, електропневмоарматуру, двигуни. Таким чином, навіть при повній відмові будь-якого агрегату система в цілому зберігає свою працездатність. У поєднанні з високим ступенем отработанности кожного елемента схеми, дотримання принципу дублювання додало об'єднаної рухової установки той рівень надійності, який дозволяє їй безвідмовно функціонувати на орбіті вже понад 13 років.
Рухова установка одного з цільових модулів ОК "Мир" (видно сопла ДУ)
Фото з архіву РКК "Енергія"
Доопрацювання системи управління двигунами просторової орієнтації ОК також була виконана без особливих трудовитрат: космонавти відстикували відповідні кабелі від двигунів управління базовим блоком по крену і за допомогою спеціальних подовжувачів під'єднали їх до ВДУ. При цьому не довелося навіть коригувати програмно-математичне забезпечення системи управління рухом.
Успішна експлуатація ВДУ на «Світі» показала можливість використання виносних двигунів орієнтації і на міжнародній космічній станції (МКС). Для неї розробляється стаціонарний блок, який повинен буде функціонувати протягом всього терміну експлуатації МКС без заміни і дозаправки.