Космодром: общая характеристика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

стартовый комплекс технический

Подсчитано, что в современную эпоху за каждые 10--15 лет объем научной информации, имеющейся в распоряжении человечества, приблизительно удваивается. И это не простой статистический факт -- это закон прогрессивного развития общества. Чтобы успешно удовлетворять разнообразные потребности человечества, наука и техника должны двигаться вперед именно с такой скоростью. Но для этого необходимо непрерывное увеличение объема полезной информации о явлениях окружающего нас мира. Чтобы выполнить это условие, нужно не только постоянно углублять обычные «земные» исследования, но и всемерно расширять область, из которой эта информация черпается.

Целые тысячелетия понадобились людям, чтобы выяснить, что представляет собою наша Земля и какое положение занимает она во Вселенной. Сотни лет трудились они, чтобы заложить основы механики, физики, математики, астрономии, и этот титанический труд не пропал даром. Он подготовил тот поразительный бросок вперед, который совершила наука на протяжении последних десятилетий, бросок, который привел к осуществлению космических полетов.

Для нахождения ответов на эти вопросы человек обраитился к Космосу.

На первых порах задача решалась с помощью пассивных наблюдений космических процессов с Земли. Когда же появились технические предпосылки для осуществления космических полетов, начался и непосредственный штурм космического пространства.

Как известно, этот штурм был начат в 1954 г. с началом строительства первого в мире Космодрома и запуском первого советского искусственного спутника Земли и с тех пор успешно развивается.

Прорыв в космос явился важнейшим этапом в истории цивилизации, этапом, который должен оказать и уже оказывает огромное влияние на развитие науки и техники. Перед человечеством открылись увлекательнейшие перспективы, неизведанные возможности.

Значение выдающихся достижений науки состоит не только в том, что они позволяют решать всевозможные практические задачи, но прежде всего в том, что они дают возможность двигаться вперед более быстрыми темпами.

1. Общие сведения о космодромах

1.1 Назначение космодрома

Земные пути ракет заканчиваются на космодромах. Здесь ракеты и космические аппараты собирают воедино из отдельных частей, проверяют, готовят к пуску и, наконец, отправляют в космос. Обычно космодромы занимают довольно большую территорию. Место для строительства космодрома выбирается с учетом многих, часто противоречивых, условий. Космодром должен быть достаточно удален от крупных населенных пунктов, ведь отработанные ракетные ступени вскоре после старта падают на землю.

Трассы ракет не должны препятствовать воздушным сообщениям, и в то же время нужно проложить их так, чтобы они проходили над всеми наземными пунктами радиосвязи. Учитывается при выборе места и климат. Сильные ветры, высокая влажность, резкие перепады температур могут значительно усложнить работу космодрома.

Каждая страна решает эти вопросы в соответствии со своими природными и другими условиями. Поэтому, скажем, советский космодром Байконур расположен в полупустыне Казахстана, первый французский космодром был построен в Сахаре, американский - на полуострове Флорида, а итальянцы создали у берегов Кении плавучий космодром.

Космодром -- это специально оборудованная территория, занимающая площадь от нескольких сотен квадратных метров, как, например, в случае морского комплекса, до нескольких сотен квадратных километров, с размещенными на ней специальными сооружениями и технологическими системами, предназначенными для сборки, испытаний, подготовки и запуска ракет-носителей, космических кораблей и межорбитальных станций.

Крупный современный космодром включает в себя стартовые, технические, посадочные, командно-измерительные комплексы, научно-исследовательские и испытательные подразделения, стендовые базы, информационно-вычислительные центры, командные пункты и, как правило, комплекс предполетной подготовки и послеполетной реабилитации космонавтов. Кроме того, космодром должен иметь ряд вспомогательных объектов -- аэродрома, заводы по производству компонентов топлив, теплоэлектростанции, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, железнодорожные и автомобильные коммуникации, а также поля падения отделяющихся ступеней ракет-носителей и элементов космических аппаратов и жилой город -- административный центр с медицинскими, культурными, учебными, спортивными, торгово-бытовыми и другими учреждениями. Обслуживающий персонал космодрома может состоять из нескольких десятков тысяч человек.

Космодром -- это специально оборудованная территория, занимающая площадь от нескольких сотен квадратных метров, как, например, в случае морского комплекса, до нескольких сотен квадратных километров, с размещенными на ней специальными сооружениями и технологическими системами, предназначенными для сборки, испытаний, подготовки и запуска ракет-носителей, космических кораблей и межорбитальных станций.

Крупный современный космодром включает в себя стартовые, технические, посадочные, командно-измерительные комплексы, научно-исследовательские и испытательные подразделения, стендовые базы, информационно-вычислительные центры, командные пункты и, как правило, комплекс предполетной подготовки и послеполетной реабилитации космонавтов. Кроме того, космодром должен иметь ряд вспомогательных объектов -- аэродрома, заводы по производству компонентов топлив, теплоэлектростанции, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, железнодорожные и автомобильные коммуникации, а также поля падения отделяющихся ступеней ракет-носителей и элементов космических аппаратов и жилой город -- административный центр с медицинскими, культурными, учебными, спортивными, торгово-бытовыми и другими учреждениями. Обслуживающий персонал космодрома может состоять из нескольких десятков тысяч человек.

1.2 Структура и технологии космодрома

1.2.1 Технический комплекс космодрома

Технический комплекс -- это часть специально оборудованной территории космодрома с размещенными на ней зданиями и сооружениями, оснащенными специальным технологическим оборудованием и общетехническими системами. Оборудование технического комплекса позволяет обеспечить прием, сборку, испытание и хранение ракетно-космической техники, а также заправку компонентами топлива и сжатыми газами космических аппаратов и разгонных блоков, их стыковку с ракетами-носителями и транспортировку собранного комплекса на старт.

В специальных вагонах элементы ракетно-космической техники с заводов-изготовителей доставляются в монтажно-испытательный корпус технического комплекса, где производится их разгрузка с помощью подвижных и стационарных разгрузочно-погрузочных средств.

Монтажно-испытательный корпус (МИК) -- основной элемент технического комплекса, оснащенный двумя видами оборудования: механо-сборочным и контрольно-испытательным. МИК представляет собой многопролетное высотное каркасное промышленное сооружение, имеющее крановое оборудование большой грузоподъемности. В пролетах МИКа размещается механо-сборочное оборудование, а также производятся расконсервация, сборка и проверка ракетно-космических систем. По периметру корпуса располагаются различные лаборатории с контрольно-проверочной аппаратурой автономной и комплексной проверки космической техники.

Размеры и оснащение монтажно-испытательных корпусов зависят от типа собираемых и испытываемых ракет (космических аппаратов). Современный МИК имеет внушительные размеры. Например, МИК для сборки и проверки ракеты-носителя "Энергия" -- это четырех-пролетный корпус длиной 250 м, шириной 112 м и высотой около 50 м. По периметру корпуса на четырех этажах расположены лаборатории, занимающие общую площадь 48 тыс. кв. м. При вертикальной технологии сборки ракет высота МИКа достигает 160 м.

В МИКе составные части ракет-носителей и космических аппаратов подвергаются внешнему осмотру, предварительным поэлементным испытаниям и подаются на сборку. Сборка их производится, как правило, на отдельных, не связанных между собой технологических линиях. При большой интенсивности подготовки и проведения пусков для сборки и испытаний ракет-носителей и космических аппаратов могут быть предусмотрены отдельные монтажно-испытательные корпуса.

С помощью монтажных средств и кранового оборудования осуществляются сборка космических средств и подача их на пневмовакуумные испытания. Такие испытания проводятся с целью выявления негерметичности всех гидро- и газопроводов и герметичных отсеков ракет-носителей и космических аппаратов. Электрические испытания проводятся с целью определения целостности всех электрических цепей и правильности функционирования систем управления и всех элементов с электропитанием.

Собранный и проверенный космический аппарат направляется на заправочную станцию для продолжения цикла подготовки к запуску. Заправочная станция -- элемент технического комплекса, представляющий собой комплекс сооружений и технологических систем и предназначенный для заправки разгонных блоков и космических аппаратов компонентами ракетных топлив, сжатыми газами, спецжидкостями. Здесь находятся хранилища горючего, окислителя и сжатых газов; системы термостатирования компонентов, вакуумиро-вания, газового контроля, измерений, автоматизированной заправки, нейтрализации токсичных паров и жидкостей, пожаротушения, связи, вентиляции и т.д. Заправочная станция является технологическим объектом космодрома, наиболее насыщенным взрывоопасными, пожароопасными и токсичными элементами.

Стыковка собранной и проверенной ракеты-носителя с заправленным космическим аппаратом осуществляется в том же монтажно-испытательном корпусе, где производилась их сборка.

1.2.2 Стартовый комплекс космодрома

Стартовый комплекс -- составная часть и основной технологический объект космодрома, представляющий собой специально оборудованную территорию, оснащенную технологическими и общетехническими системами. Весь этот многочисленный и уникальный комплекс оборудования обеспечивает транспортировку, установку в стартовое устройство ракеты-носителя с космическим аппаратом, заправку компонентами топлива и сжатыми газами, предстартовые проверки, подготовку к пуску и пуск ракетно-космического комплекса.

Стартовый комплекс, как правило, включает в себя пристартовые хранилища ракет-носителей и космических аппаратов, транспортно-установочные агрегаты (или стационарные установщики), стартовые сооружения с пусковыми устройствами, системы заправки компонентами ракетных топлив, средства газоснабжения, аварийного спасения обслуживающего персонала и членов экипажей. Кроме того, стартовый комплекс оснащается вспомогательными сооружениями и системами: холодильными центрами, автономными электростанциями, узлами связи, системами телевидения и киносъемки, автомобильными и железными дорогами и т.д.

Мозговым центром каждого стартового комплекса является командный пункт. Там обрабатывается вся собранная информация о состоянии и готовности всех технологических и общетехнических систем старта, бортовой аппаратуры и агрегатов ракеты-носителя и космического аппарата, кондиционности и количестве компонентов ракетных топлив, газов и спецжидкостей, а также информация о готовности всех служб космодрома (метео- и топогеодезического обеспечения, аварийно-спасательных и поисковых команд, групп тылового обеспечения, эвакуации и т.д.) к предстоящим работам. Здесь же размещается контрольно-проверочная и испытательная аппаратура предстартовой подготовки космического комплекса.

На основании результатов обработки постоянно поступающей телеметрической информации (до нескольких тысяч параметров в секунду при комплексных испытаниях) принимаются решения и выдаются команды на продолжение работ по технологическому графику пуска комплекса или его корректировке.

Командный пункт обычно представляет собой находящееся под землей четырех- или пятиэтажное здание, начиненное электроникой и десятками километров кабеля. Отсюда ведется управление всей предстартовой подготовкой к пуску и выдается команда на запуск ракет-носителей и космических аппаратов.

Необходимо особо подчеркнуть, что каждое из сооружений технического или стартового комплекса можно приравнять к промышленному предприятию средних размеров. Например, система заправки жидким кислородом ракеты-носителя "Энергия" включает в себя:

· систему приема и хранения жидкого кислорода вместимостью несколько тысяч тонн;

· систему переохлаждения и термостатирования жидкого кислорода, обеспечивающую охлаждение окислителя на 6...8 °С ниже точки кипения и поддерживающую заданную температуру с точностью до 0,5...1 °С;

· систему заправки жидким кислородом, обеспечивающую подачу компонента со скоростью 6...8 тонн в минуту;

· систему вакуумирования теплоизоляции криогенных емкостей и трубопроводов до 10"~6 мм рт. ст.;

· систему автоматического непрерывного контроля газовой среды;

· систему автоматического пожаро- и взрывопредупреждения;

· автоматизированную систему управления всеми технологическими операциями;

· систему контроля кондиционности хранящегося и заправляемого кислорода и т.д.

Таким образом, стартовый комплекс можно сравнить с крупным промышленным комбинатом, раскинувшимся на десятках квадратных километров и включающим в себя два-три десятка крупных заводов (цехов). И уж если дальше продолжать это сравнение, то основная "продукция" такого комбината -- безаварийный пуск космического комплекса в точно заданное время.

1.2.3 Командно-измерительный комплекс космодрома

В последний период подготовки космического комплекса на старте и после пуска в работу включаются специалисты еще одной важной части космодрома -- командно-измерительного комплекса (КИК), обеспечивающего траекторные измерения движения ракеты-носителя с космическим аппаратом на активном участке полета, а также получение, обработку и анализ данных о работе бортовых систем, комплекса в целом, объективных показателей о состоянии космонавтов.

В связи с ростом числа космических аппаратов, постоянно функционирующих на орбитах, изменялись функции, структура, техническая оснащенность командно-измерительного комплекса, который в последнее время все чаще правильно называют наземным автоматизированным комплексом управления (НАКУ). Это универсальный комплекс наземных, морских и воздушных средств и аппаратуры для обмена командно-программной, телеметрической и траекторной информацией с любым типом космического аппарата и управления всей орбитальной группировкой, находящейся в данный момент в космосе.

КИК космодрома включает в себя пристартовые измерительные пункты и десятки измерительных пунктов вдоль трасс полета космических комплексов; баллистический центр, автоматические системы сбора, обработки, передачи и отображения информации; информационно-вычислительные центры; системы связи и телеобмена с космонавтами. В состав командно-измерительного комплекса космодрома входят также кинотеодолитные станции (пункты), предназначенные для непосредственного визуального слежения и съемки полета космического комплекса на начальном участке.

Вся информация, получаемая в ходе нормального или аварийного полета, обрабатывается в вычислительном центре. Результаты этой обработки являются основным беспристрастным документом, характеризующим полет, и исходным материалом для принятия решения по конкретному космическому объекту. В связи с этим наибольшую ценность имеет информация измерительного комплекса при летно-конструкторских испытаниях, когда "незаметное" отклонение любого параметра может привести к срыву целой программы.

1.2.4 Посадочный комплекс космодрома

Одна из основных причин высоких затрат на космос -- однократное использование ракет-носителей и космических аппаратов. Например, американская ракета "Сатурн-5", обеспечившая программу полетов космических кораблей "Аполлон" к Луне, стоимостью 280 млн дол. "расходуется" за несколько минут. В конце 1960-х гг. начались работы по созданию космических средств многократного использования. Наибольшую известность в этом направлении получили орбитальные корабли типа "Шаттл" и "Буран".

Практический переход на многоразовые космические средства в перспективе несомненно даст существенную экономию. Ну, а вначале, как и всякая новая научно-техническая идея, многоразовые системы требуют миллиардных затрат на создание их составных элементов, ракет-носителей и космических аппаратов, космических комплексов в целом, на строительство и оснащение специальных посадочных (или стартово-посадочных) комплексов.

Современный посадочный комплекс -- это часть специально оборудованной территории космодрома с размещенным на ней комплексом зданий и сооружений, оснащенных технологическим и общетехническим оборудованием. Посадочный комплекс предназначен для приема космических кораблей, аппаратов, ступеней и элементов ракет-носителей многоразового использования. На посадочном комплексе производится также комплекс мероприятий послеполетной профилактики спускаемых объектов и подготовки их к транспортировке на техническую позицию.

В состав космодромов входят и полигоны посадки космических аппаратов. Они, конечно, не такие сложные, грандиозные и дорогостоящие, как посадочные комплексы многоразовых космических кораблей, но тем не менее достаточно технически оснащенные и оборудованные в инженерном отношении. Это довольно большие районы, предназначенные для штатной посадки космических объектов или спускаемых капсул с материалами. Полигоны посадки выбираются, как правило, в равнинной, малонаселенной, без крупных водоемов местности.

Трасса полигона посадки на протяжении нескольких тысяч километров оснащается средствами связи, наблюдения, контроля и выдачи целеуказаний о траектории спуска космического объекта поисково-спасательным службам. Полигон посадки должен обеспечить своими средствами контроль спуска, обнаружение объекта и его эвакуацию.

Посадочными комплексами можно условно назвать и те районы Карагандинской и Джезказганской областей Казахстана, где приземлялись первые пилотируемые корабли типа "Восток", "Восход", многочисленные космические аппараты серии "Космос", различные модификации транспортных космических кораблей "Союз".

В США в качестве полигонов посадки космических аппаратов выбраны районы акватории океана, что накладывает свои особенности на конструкцию космического аппарата и средства его поиска и эвакуации.

1.2.5 Обеспечение безопасности работ на космодроме

Космодром -- зона повышенной опасности. Это обусловлено и токсичностью топлив, и высокими давлениями газов в различных емкостях и системах, и пожаро- и взрывоопасностью криогенных жидкостей и газов, и повышенными шумами и вибрациями, и высокими электрическими напряжениями, и излучениями антенн и т.д.

В связи с этим на космодроме существует система мероприятий, обеспечивающих безопасность проводимых работ. Условно эти мероприятия можно разделить на четыре группы.

Мероприятия, заложенные в проектных решениях при создании всего космодрома и отдельных его комплексов. Здания и сооружения размещаются на безопасном расстоянии друг от друга, их конструкция предусматривает защищенность от воздействия ударной волны определенной силы и полную автономность жизнеобеспечения на несколько суток. При необходимости обеспечиваются пожаро и взрывобезопасность, герметичность, звукоизоляция помещений.

Мероприятия, заложенные в конструкцию технологических систем и агрегатов. К ним относятся выбор наиболее прочных и стойких к агрессивным средам материалов, внедрение вычислительных систем вместо насосных, применение сварных соединений, скоростных лифтов и специальных средств спасения, оснащение систем и сооружений быстродействующими и эффективными средствами контроля, сигнализации и ликвидации аварийных процессов, создание рациональной и безопасной технологии работ на всех участках.

Мероприятия, предусматривающие создание и использование коллективных и индивидуальных средств защиты. Проектируются и строятся специальные системы спасения космонавтов и персонала стартовых команд, убежища и укрытия, средства пожаротушения на базе тяжелой бронетехники, применяются индивидуальные средства защиты кожи и органов дыхания при работах с агрессивными жидкостями и газами.

Мероприятия организационного характера. К ним относятся обучение обслуживающего персонала; контроль соблюдения мер безопасности; создание системы допусков в сооружения и к технологическим системам, ограничивающей число людей, участвующих в конкретных операциях; своевременное оповещение о проведении опасных работ; организация эвакуации людей из опасных зон и т.п.

Обычно при организации и проведении каких-либо испытательных работ на космодромах устанавливаются три-четыре зоны безопасности, и в зависимости от характера и степени риска в каждой зоне устанавливается свой режим допуска к работам, осуществляются те или иные мероприятия. Так, например, стартовый комплекс СК-39 на Восточном испытательном полигоне США для пусков ракетно-космической системы "Сатурн-5" -- "Аполлон" разбит на четыре зоны:

· зона непосредственно в районе стартового сооружения с возможным избыточным давлением во фронте ударной волны в случае взрыва ракеты-носителя на старте около 10 атм и уровнем шума 135 дБ;

· зона безопасности с уровнем шума от 135 до 120 дБ (примерно 2 км от старта);

· зона общего назначения с уровнем шума менее 120 дБ (примерно 5 км);

· промышленная зона со всеми вспомогательными техническими сооружениями (от 5 до 10 км).

При проведении пусков ракеты-носителя "Энергия" и многоразового ракетно-космического комплекса (МРКК) "Энергия" -- "Буран" с космодрома Байконур в районе стартового комплекса были установлены также четыре зоны безопасности:

· радиусом два километра вокруг пускового устройства. Из этой, наиболее опасной зоны, эвакуация обслуживающего персонала заканчивалась за 12 ч до пуска. Все дальнейшие технологические операции по заправке, подготовке к пуску и сам пуск производились дистанционно из защищенных бункеров управления;

· радиусом пять километров вокруг пускового устройства. Эвакуация отсюда заканчивалась за 8 ч до пуска, одновременно с началом заправки ракеты-носителя жидким водородом;

· радиусом 8,5 км, освобождалась за 4 ч до старта;

· радиусом 15 км, подлежала эвакуации за 3 ч до старта. За ее пределами гарантировалась безопасность человека на открытой местности в случае взрыва ракеты-носителя на старте.

Кроме того, при пуске МРКК комплекса "Энергия" -- "Буран" 15 ноября 1988 г. был принят комплекс мер по обеспечению безопасности на трассе выведения и полета комплекса.

Таковы общая структура, задачи, состав технических и технологических средств космодромов, предназначенных для запусков ракет-носителей с космическими аппаратами на борту.



Рисунок 1 - Основные технические сооружения космодрома

Где:

А, Б, В -- стартовые позиции космодрома: Г -- техническая позиция; 1 -- кабель-заправочная башня; 2 -- башня обслуживания; 3 -- станция заправки топливом космических объектов; 4 -- монтажно-испытательный корпус космических объектов; 5 -- здание вертикальной сборки; 6 -- компрессорная станция; 7 -- выносной командный пункт; 8 -- хранилище и заправочная станция окислителя; 9 -- ресиверная; 10 -- бассейн с водой системы пожаротушения; 11 -- командный пункт; 12 -- газоотражатель; 13 -- газоотводный канал; 14 -- пусковая система; 15 -- башня для приборов наведения ракеты по азимуту; 16 -- гусеничный транспортёр; 17 -- радиолокационная станция; 18 -- укрытие для расчёта;

19, 20 -- хранилище и заправочная станция горючего;

2. Характеристики основных космодромов в мире

2.1.1 Космодром «Байконур» Казахстан

Этот космодром арендуется Россией у Республики Казахстан за сумму около 100 млн долларов США в год. Административный центр -- г. Байконур (бывш. Ленинск), железнодорожная станция Тюратам.

История первого в мире космодрома началась с Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 12 февраля 1955 года. Первый СК -для межконтинентальной ракеты Р-7 -- введен в эксплуатацию в 1957 году.

Площадь космодрома достигается 6 717 км². Он включает центр, левый и правый фланги, а также поля падения (Рис.3). До настоящего времени Байконур был и остается единственной базой, которая позволяет запускать российские пилотируемые корабли и выводить на орбиту крупные спутники и межпланетные станции. Примерно 40 % всех КА бывшего СССР и России запускались отсюда.

Сейчас на Байконуре имеется девять стартовых комплексов с пятнадцатью ПУ, 34 технических комплексов, три заправочные станции для РН, КА и разгонных блоков (РБ), азотно-кислородный завод суммарной производительностью до 300 т криогенных продуктов в сутки, и измерительный комплекс с мощным вычислительным центром. Это оборудование даёт возможность запускать РН тяжёлого («Протон»), среднего («Зенит», «Союз» и «Молния») и легкого («Циклон») классов. Ещё два типа ракет легкого класса -- «Днепр» и «Рокот» -- стартуют из шахтных ПУ.

Все ракеты собираются и стыкуются с РБ и КА в горизонтальном положении. Подготовка и пуск РКН «Зенит», «Циклон», «Днепр» и «Рокот» осуществляется с применением высокого уровня автоматизации, а для «Зенита» реализованы по технологии «безлюдного старта». Тип подготовки -- мобильный, за исключением РН «Днепр», для которой используется фиксированный метод подготовки. Для РН «Союз» и «Протон» характерно значительное количество «ручных» операций.

По соглашению между Россией и Казахстаном от 2004 года, на космодроме Байконур планируется создание комплекса «Байтерек» для запуска РН тяжёлого класса «Ангара-А5». Комплекс будет создан путём реконструкции У КС С.

Рисунок 2 - Схема космодрома Байконур

стартовый комплекс технический

На рисунке 3 показано расположение основных объектов в на космодроме Байконур. Среди них:

1 - аэропорт Крайний;

2 - город Ленинск;

3 - измерительный комплекс «Вега»;

4 - измерительный комплекс «Сатурн»;

5 - кислородно-азотный завод;

6 - городок испытателей;

7 - стартовый комплекс РН «Протон»;

8 - технический комплекс РН «Энергия»;

9 - технический комплекс ОК «Буран«;

10 -стартовый комплекс ОК «Энергия-Буран»;

11 - посадочный комплекс ОК «Энергия-Буран»;

12 -технический комплекс РН «Союз«;

2.1.2 Крупные космодромы в России

2.1.2.1 Космодром "Плесецк"

Космодром "Плесецк" (1-й Государственный испытательный космодром) расположен в 180 километрах к югу от Архангельска неподалеку от железнодорожной станции "Плесецкая" Северной железной дороги. Располагаясь на платообразной и слегка холмистой равнине, он занимает площадь 1762 квадратных километра, простираясь с севера на юг на 46 километров и с востока на запад на 82 километра с центром, имеющим географические координаты 63 градуса северной широты и 41 градус восточной долготы.

Основан в 1960 году как первая отечественная ракетная база МБР Р-7 и Р-7А (объект "Ангара"). При выборе местоположения в первую очередь учитывались:

1.досягаемость территорий вероятных противников; 2. возможность проведения и контроля испытательных пусков в район Камчатки; 3. необходимость в особой скрытности и секретности.

Как космодром имеет сложное геополитическое положение и разветвленную структуру (Рис.4).

Космическую деятельность ведет с запуска КА "Космос-112" 17 марта 1966 года. Имеет стационарные технические и стартовые комплексы всех типов отечественных ракет-носителей легкого и среднего класса. Ведется строительство стартовых и технических комплексов для ракеты-носителя "Ангара". Обеспечивает основную часть космических программ, связанных с оборонными, народнохозяйственными, научными и коммерческими пусками непилотируемых КА.



Рисунок 3 - Схема Космодрома Плесецк

2.1.2.2 Космодром Свободный (Восточный)

Этот космодром расположен в Амурской обл. (Свободненский район), ЗАТО пос. Углегорск, 50 км к северу от г. Свободный, ж.-д. ст. Ледяная.

В конце 1992 года Военно-космические силы (ныне -- Космические войска МО РФ) поставили перед руководством Министерства обороны России вопрос о необходимости создания и выборе места расположения нового российского космодрома, поскольку в результате распада СССР космодром Байконур оказался вне российской территории.

В соответствии с выводами рекогносцировочной комиссии директивой Минобороны РФ от 30 ноября 1993 года объекты войсковых частей и подразделений дислоцированной здесь дивизии РВСН были переданы в состав Военно-космических сил, а на их базе образован Главный центр испытаний и применения космических средств. 1 марта 1996 года Указом Президента РФ преобразован во «Второй государственный испытательный космодром Министерства обороны РФ (Свободный)».

Перед Военно-космическими силами были поставлены задачи по подготовке к пуску в 1996--1997 гг. РН легкого класса «Рокот» и «Старт», разработке эскизного проекта СК носителей тяжёлого класса «Ангара». Первый запуск из Свободного состоялся 4 марта 1997 года

Однако по финансовым причинам планы реализованы не были: с космодрома произведено всего восемь пусков РН легкого класса «Старт-1» (создана в МИТ на базе технологического задела по баллистическим ракетам «Тополь» и «Пионер»). В феврале 2007 года Указом Президента РФ космодром Свободный был закрыт.

Учитывая ряд обстоятельств геополитического характера, а также то, что в Свободном остались пять шахтных ПУ ракет PC-18, в середине 2007 года начались рекогносцировочные изыскания по выбору места нового гражданского космодрома на Дальнем Востоке.

В результате выбор пал на район Углегорска. Указом Президента РФ от 6 ноября 2007 года решено создать космодром Восточный (Рис.5).

Площадь космодрома без полей падения не превышает 750 км². На территории Восточного планируется создание СК для пусков РН среднего класса повышенной грузоподъёмности и многоразовых ракетно-космических систем (МРКС) грузоподъёмностью до 40 и более тонн -- по одному комплексу с двумя ПУ для каждой. По некоторым данным, общее количество СК на космодроме может достичь семи. В перспективе, возможны пуски тяжёлых и сверхтяжёлых РН с массой полезного груза 60-100 тонн. В состав наземной инфраструктуры также будут включены:

· Технические комплексы РН и КА, в т. ч. комплекс межполётного обслуживания МРКС.

· Комплексы подготовки космонавтов, поисково-спасательной службы и объектов транспортной (авиационной, автомобильной и железнодорожной) инфраструктуры.

· Заправочный комплекс, в т. ч. включающий азотно-кислородный и водородный заводы.

· Измерительный комплекс.

· С космодрома возможны запуски на орбиты с наклонением от 51 до 110 град.



Рисунок 4 - Схема космодрома Восточный

2.1.2 Космодром Куру, Франция

Космодром Куру (фр. Kourou), официально известный как Гвианский космический центр находится на северо-востоке Южной Америки, во Французской Гвиане. Космодром расположен на побережье Атлантического океана, на полосе, приблизительно, длиной 60 км и шириной 20 км между городками Куру и Синнамари, в 50 км от столицы Французской Гвианы Кайенны.

В 1964 году правительство Франции выбрало Куру из 14 представленных проектов расположения космодрома. Его строительство Франция начала в 1965 году по инициативе Французского космического агентства (CNES). Первый запуск с космодрома в Куру был осуществлен 9 апреля 1968 года.

В 1975 году, когда образовалось Европейское космическое агентство (ESA), французское правительство предложило ESA использовать космодром Куру для европейских космических программ. ESA, рассматривая космодром Куру как свою составную часть, финансировало модернизацию пусковых площадок Куру под программу космических кораблей «Ариан» (Рис.6). В настоящее время основные пусковые площадки космодрома являются собственностью ESA.

С тех пор ESA продолжает финансировать две трети годового бюджета космодрома, который идёт на текущее обслуживание полётов и поддержание сервиса космодрома на современном уровне. ESA также финансирует новые проекты на космодроме, такие как пусковые комплексы и промышленные предприятия, которые требуются для запуска новых носителей, таких как «Вега« или для использования «Союзами».

Рисунок 5 - Схема Космодрома Куру

2.1.3 Космодромы Тайюань и Танегасима

Тайюань расположен в 300 км к западу от Пекина, северо-запад провинции Шаньси, близ г. Тайюань. Основной китайский космодром для запусков «полярных» спутников на орбиты с наклонением до 99 град. Имеет СКдля пусков носителей CZ-4A, CZ-2C.

Стан расположен на юге Китая в провинции Сычуань, у подножия хребта Даляншань. Штаб-квартира космодрома расположена в г. Сичан. Основной китайский космодром для запуска «геостационарных» спутников. Осуществляются пуски носителей CZ-2E, CZ-3 среднего класса. На космодроме имеется два стартовых комплекса.



Рисунок 6- Схема полигона Таюань

Танегасима расположен на одноименном острове в 50 км к югу от о. Кюсю в префектуре Кагосима. Первый космический запуск состоялся в 1975 году.

В настоящее время с единственного СК (второй -- законсервирован) осуществляются запуски КА на геопереходные и полярные (наклонением от 30 до 99 град) орбиты с использованием ракет Н-2А и Н-2В. Ступени ракеты собираются в МИКе в вертикальном положении, и также вывозятся на СК на мобильном транспортере.

Рисунок 7 - Схема полигона Танегасима

2.1.4 Полигон Вумера

Полигон Вумера располагается на юге Австралийского материка в пустынной местности в районе г. Вумера (штат Южная Австралия, 500 км к северо-западу от Аделаиды, 200 км к югу от озера Эйр). Площадь полигона- 100 000 км².

Создан в 1946 году совместными усилиями Великобритании и Австралии как центр для испытания управляемых летательных аппаратов. 3 ноября 1961 года был выбран в качестве первого европейского космодрома и функционировал с 1967 года. Использовался Великобританией, Европейской организацией по созданию ракет-носителей ELDO (European Launch Developing Organisation, предшественник ЕКА), Австралией.

Имел четыре СК, с которых производились пуски высотных ракет Black Knite и лёгких носителей Black Arrow (первая и единственная британская РН, в единственном успешном космическом запуске 28 октября 1971 года на орбиту выведен первый английский спутник Prospero), Redstone (29 ноября 1967 года на орбиту выведен первый австралийский спутник WRESAT) и Europa-1 (удачных орбитальных пусков не было).

Полигон имеет трассы полёта для запуска спутников на орбиту наклонением 82--84°, но с июля 1976 года по решению правительства Австралии закрыт как нерентабельный (оборудование законсервировано и частично продано в Индию).

Рисунок 8 - Схема Космодрома Вумера

3. Расчетная часть

3.1 Расчет массы и вертикального взлета ракеты

Требуется вывести искусственный спутник Земли массой т на круговую орбиту высотой 250 км. Располагаемый двигатель имеет удельный импульс м/c. Коэффициент -- это значит, что масса конструкции составляет 10 % от массы заправленной ракеты (ступени). Определим массу ракеты-носителя.

Первая космическая скорость для выбранной орбиты составляет 7759,4 м/с, к которой добавляются предполагаемые потери от гравитации 600 м/c (это, как можно видеть, меньше, чем потери, приведённые в таблице 1, но и орбита, которую предстоит достичь -- вдвое ниже), характеристическая скорость, таким образом, составит м/c (остальными потерями в первом приближении можно пренебречь). При таких параметрах величина . Неравенство (4), очевидно, не выполняется, следовательно, одноступенчатой ракетой при данных условиях достижение поставленной цели невозможно.

Расчёт для двуступенчатой ракеты.

Разделим пополам характеристическую скорость, что составит характеристическую скорость для каждой из ступеней двуступенчатой ракеты. м/c. На этот раз , что удовлетворяет критерию достижимости (4), и, подставляя в формулы (3) и (2) значения,

для 2-й ступени получаем:

т;

т;

полная масса 2-й ступени составляет т.

Для 1-й ступени к массе полезной нагрузки добавляется полная масса 2-й ступени, и после соответствующей подстановки получаем:

т;

т;

полная масса 1-й ступени составляет т;

общая масса двуступенчатой ракеты с полезным грузом составит т.

Аналогичным образом выполняются расчёты для бомльшего количества ступеней. В результате получаем:

Стартовая масса трёхступенчатой ракеты составит т.

Четырёхступенчатой -- т.

Пятиступенчатой -- т.

На этом примере видно, как оправдывается многоступенчатость в ракетостроении -- при той же конечной скорости ракета с бомльшим числом ступеней имеет меньшую массу.

Заключение

В данной курсовой работе мы рассмотрели назначения, структуру, технологии, а так же характеристики основных Космодромов в мире .

При рассмотрении структуры космодромов мы разобрали такие характеристики космодрома как технический комплекс космодрома, стартовый комплекс космодрома, командно-измерительный комплекс космодрома , посадочный комплекс космодрома, а так же обеспечение безопасности работ на космодроме. Подробно разобрали каждые объекты и службы космодромов и рассмотрели технические характеристики космодромов.

Рассмотрели характеристики основных космодромов в мире. Космодромов в мире насчитывается более двух десятков. Все они имеют схожую структуру и различаются лишь деталями конструкции стартовых комплексов. На размещение космодромов в конкретных точках земной поверхности влияют несколько факторов. Одним из самых важных является баллистика полета. Дело в том, что с минимальными энергетическими затратами космический аппарат (КА) выводится на орбиту, наклонение

которой соответствует географической широте космодрома. Наиболее критична широта космодрома при выведении на геостационарные орбиты, лежащие в плоскости экватора. На них размещают спутники связи и ретрансляторы телепередач, то есть прежде всего коммерческие КА. Космодром для запуска геостационарных спутников должен располагаться в более низких широтах.

В проектной части мы произвели расчёт масс для двуступенчатой ракеты.

Расчёт масс для двуступенчатой ракеты.

Разделим пополам характеристическую скорость, что составит характеристическую скорость для каждой из ступеней двуступенчатой ракеты. м/c. На этот раз , что удовлетворяет критерию достижимости (4), и, подставляя в формулы (3) и (2) значения,

для 2-й ступени получаем:

т;

т;

полная масса 2-й ступени составляет т.

Для 1-й ступени к массе полезной нагрузки добавляется полная масса 2-й ступени, и после соответствующей подстановки получаем:

т;

т;

Следует отметить, что эти результаты получены в предположении, что коэффициент конструктивного совершенства ракеты остаётся постоянным, независимо от количества ступеней. Более тщательное рассмотрение показывает, что это -- сильное упрощение. Ступени соединяются между собой специальными секциями --переходниками -- несущими конструкциями, каждая из которых должна выдерживать суммарный вес всех последующих ступеней, помноженный на максимальное значение перегрузки, которую испытывает ракета на всех участках полёта, на которых переходник входит в состав ракеты. С увеличением числа ступеней их суммарная масса уменьшается, в то время как количество и суммарная масса переходников возрастают, что ведёт к снижению коэффициента , а, вместе с ним, и положительного эффекта многоступенчатости. В современной практике ракетостроения более четырёх ступеней, как правило, не делается.

Такого рода расчёты выполняются не только на первом этапе проектирования -- при выборе варианта компоновки ракеты, но и на последующих стадиях проектирования, по мере детализации конструкции, формула Циолковского постоянно используется при поверочных расчётах, когда характеристические скорости пересчитываются, с учётом сложившихся из конкретных деталей соотношений начальной и конечной массы ракеты (ступени), конкретных характеристик двигательной установки, уточнения потерь скорости после расчёта программы полёта на активном участке, и т. д., чтобы контролировать достижение ракетой заданной скорости.

Список литературы

1. Левантовский В.И. Механика космического полета в элементарном изложении.-М.:Наука,1980.

2. Новости космонавтики. Ежемесячный журнал.

3. Эльясберг П.Е. Введение в теорию полета ИСЗ.-М.:Наука,1965.

4. Балк М.Б. Элементы динамики космического полета.-М.:Наука,1965.

5. Белецкий В.В. Очерки о движении космических тел.-М.:Наука,1972.

6. Основы теории полета КА /Под ред. Нариманова Г.С.

7. Полет КА: Примеры и задачи: Справочник /Ю.Ф.Авдеев, А.И.Беляев, А.В.Брыков и др.-М.:Машиностроение,1970.

8. Космонавтика: энциклопедия /Главный редактор В.П.Глушко.-М.:Советская энциклопедия,1985.

9. Авдеев Ю.Ф. Космос, баллистика, человек. - М.:Советское радио,1978.

Приложение

Расчет вертикального запуска ракеты

Рассмотрим на примере ракеты Союз расчет вертикального взлета ракеты рассчитав такие значения как

T₁ - время полёта, расчитывается прибавлением t₁ к предыдущем значению. M₁ - полная масса ракеты в начале итерации, берётся из данных или из M₂ предыдущей итерации (строки). V₁ - скорость ракеты в начале, берётся из данных или из V₂ предыдущей итерации. S₁ - высота полёта. берётся из данных или вычисляется путём прибавления к предыдущему значению S₁ скорости V₁ умноженной на dTime₁. F_t1 - тяга на данной высоте ( S₁ ). Вычисляется путём вычитания из тяги в вакууме разницы между двумя тягами домноженной на процент поверхностной плотности воздуха (см. ниже таблицу плотности). F_t1 = F_t1v -(F_t1v -F_t1m) * Ro. I₁ - удельный импульс на данной высоте ( S₁ ). Вычисляется путём вычитания из импульса в вакууме разницы между двумя импульсами домноженной на процент поверхностной плотности воздуха (см. ниже таблицу плотности). I₁ = I_1v -(I_1v -I_1m) * Ro. a₁ - ускорение приобретаемое ракетой за счёт двигателей. Вычисляется делением тяги двигателей на массу ракеты. a₂ - ускорение приобретаемое ракетой за счёт действия сил гравитации. Вычисляется по закону всемироного тяготения.

Гравитационная постоянная умножается на массу планеты и делится на квадрат расстояния от ракеты до центра планеты: a₂ = GravPost*M_pl/(R_pl+S₁)². a₃ - полное ускорение, Вычисляется путём сложения ускорений получаемых от двигателей и гравитации a₃ = a₁ + a₂. v₂ - скорость в конце итерации. Вычисляется путём сложения скорости в начале итерации и полного ускорения умноженного на промежуток времени v₂ = v₁ + a₃ * t₁. M_t - расход топлива. Вычисляется путём умножения тяги двигателя на промежуток времени и деления на удельный импульс: F_t1 t₁/I₁. M₂ - полная масса ракеты в конце итерации, Вычисляется путём вычитания расхода топлива из массы ракеты в начале итерации. M₂ = M₁ - M_t.

Таблица 2 Исходные данные:

Первая ступень
Масса пустой ступени M1r, кг.
Масса топлива в ступени M1t, кг.
Удельный импульс двигателя на уровне моря I1m, м./сек.
Удельный импульс двигателя в вакууме I1v, м./сек.
Тяга двигателя на уровне моря Ft1m, кН
Тяга двигателя в вакууме Ft1v, кН
Вторая ступень
Общий вес ракеты M0, кг.
Время одной итерации t1, сек.
Предел итераций ( от зависаний ) ItCnt1,
Масса планеты ( Земли ) Mpl, кг.
Радиус планеты Rpl, км.

Таблица. Расчет вертикального взлета ракеты

Таблица

Зависимость плотности воздуха от высоты. Таблица международной стан. атм. (МСА)
Высота над уровнем моря, км	Плотность, кг/м3	Плотность, % от уровня моря
0	1.250	100%
1	1.134	90.7%
2	1.027	82.2%
3	0.927	74.2%
4	0.836	66.9%
5	0.751	60.1%
6	0.673	53.8%
7	0.601	48.1%
8	0.536	42.8%
9	0.475	38.0%
10	0.421	33.7%
11	0.371	29.7%
12	0.317	25.4%
13	0.271	21.7%
14	0.231	18.5%
15	0.197	15.8%
16	0.169	13.5%
17	0.144	11.5%
18	0.123	9.8%
19	0.105	8.4%
20	0.090	7.2%
21	0.077	6.1%
22	0.065	5.2%
23	0.056	4.5%
24	0.048	3.8%
25	0.041	3.3%
30	0.018	1.44%
35	0.008	0.67%
40	0.004	0.32%
45	0.002	0.16%
50	0.001	0.09%
60	0.0003097	0.02477%
70	0.00008285	0.006628%
80	0.00001846	0.0014768%
90	0.000003418	0.00027344%
100	0.0000005550	0.00004440%
120	0.00000002440	0.000001952%



Рисунок 10- График зависимости плотности воздуха от высоты над уровнем моря

Размещено на Allbest.ru