Стартово-стыковочный блок Я

     Стартово-стыковочный блок Я - это переходный, транзитный отсек между ракетой и пусковой установкой. Рождение этой переходной конструкции в общей композиции ракеты-носителя "Энергия" связано с рядом обстоятельств, одно из которых - необходимость создания цеховых условий сборки разъемных соединений гидравлических и пневматических магистралей и электрических цепей. Прямых аналогов такого рода конструкций в ракетной технике достаточно. Например, боевые ракеты типа SS-18 и SS-24, размещаемые в транспортно-пусковых контейнерах, в своей структуре имеют разрывные и разъемные соединения системы ракета-старт, собираемые в промышленных условиях на стадии окончательной сборки. Прямые стыки со стартовой пусковой установкой выполняются в открытом, более грубом варианте, который дает возможность осуществлять стыковку на старте в условиях атмосферных воздействий - ветра, дождя, снега, пыли. Эти стыки имеют необходимую защиту и конструктивные элементы, обеспечивающие гарантированную надежность стыковки, герметичность и чистоту магистрали.
     Стартово-стыковочный блок служит нижней силовой опорной плитой, к которой крепятся блоки первой ступени пакета и в совокупности с силовой схемой центрального блока образует цельную конструкцию, обеспечивающую транспортировку ракеты на транспортно-установочном агрегате и установку ее в вертикальное положение на старте. Блок выполняет и функцию защитного устройства, которое предохраняет ракету-носитель от прямого воздействия и воздействия возвратных потоков работающих ракетных маршевых двигателей при старте носителя. В целом стартово-стыковочный блок по своей функции является элементом наземного комплекса. Блок рассчитан на многократное использование с проведением соответствующего объема ремонтных и профилактических работ после каждого пуска.
     Кроме стартово-стыковочного блока, в качестве промежуточных устройств в верхнем поясе связей ракеты со стартовыми системами применены переходник системы навигации и ферма заправочно-дренажной мачты, которые монтируются на борту центрального блока ракеты и при старте по команде отстыковываются, оставаясь в составе стартового сооружения.

Первоначальный вариант стартово-стыковочного блока "Я". Обратите внимание на узлы системы сопровождения РН на начальном этапе ее движения. При дальнейшей работе над блоком "Я" от использования системы сопровождения отказались, что привело к заваливанию ракеты при первом старте 15 мая 1987 года.

     Стартово-стыковочный блок - блок Я - простейшей, прямоугольной формы в плане по внешнему контуру, с размерами 20,25 м на 11,5 м и высотой плоской части корпуса 1,2 м. Масса окончательно собранного блока 150 т. На верхней плоскости блока смонтирована колонна пневмогидравлических связей блока Я с платой центрального блока ракеты и откидывающаяся на 30⁰ при старте мачта кабельных связей с бортом ракеты. Внутренняя конфигурация проемов и окон блока соответствует контуру поперечного сечения кормовой части ракеты с образованием силовых мысов под опоры блоков первой ступени. Внутренние обводы определялись размерами сопел двигателей с учетом обеспечения безударного выхода сопел при старте ракеты. По внешнему периметру закреплен ряд такелажно-силовых элементов: цапфы, кронштейны и сферическая опора.
     Корпус блока является силовой основой. На верхней плоскости блока в местах разъемных соединений размещены крышки, закрывающие стыковочные узлы и элементы от воздействия горячих потоков работающих маршевых двигателей при старте. Нижняя плоскость размещает стыковочные устройства пневмогидравлических и электрических систем по стартовым устройствам.
     Силовая конструкция корпуса блока состоит из шести отсеков, состыкованных между собой болтовыми соединениями. Каждый отсек представляет собой сварную конструкцию из листовой стали АК-25.

Стендово-технологический блок (макет блока Я)

     После расстыковки электроплаты нижняя ее часть, принадлежащая блоку, под действием толкателя втягивается внутрь мачты, фиксируется и одновременно открывает, переместившись в нижнее положение, механизм отвода мачты. Мачта откидывается торсионным механизмом на 30⁰ относительно своего исходного положения и стопорится пружинными захватами опорного кронштейна. Крышка электроплаты освобождается при достижении платой нейтрального положения и под действием пружин закрывает электроразъемы. В таком, откинутом в сторону от ракеты, положении с закрытой электроплатой мачта воспринимает силовые, тепловые и акустические воздействия газового потока работающих ракетных двигателей.
     По команде "контакт подъема" нижняя часть платы разъемных соединений центрального блока, остающаяся на стартово-стыковочном блоке, под действием усилий четырех толкателей притягивается к колонне и ложится на ее верхний торец. Для смягчения удара в местах их соприкосновения установлены пружинные амортизаторы и фторопластовые втулки. Крышка колонны закрывается под действием пружинных толкателей. Расстопорение механизма фиксации крышки в открытом положении производится рычажным механизмом, одно плечо которого опирается на обтекатель центрального блока ракеты и освобождается при ее движении в начале старта.
     Крышки, закрывающие места расположения разъемных соединений связи с боковыми блоками ракеты, закрываются с помощью пружинных приводов после начала движения ракеты, исключающего соударение крышек с боковыми блоками. Крышки малого размера перед пуском находятся в вертикальном положении, свободно опираясь на поверхность хвостовых отсеков боковых блоков, при движении ракеты скользят по направляющим накладкам хвостовых отсеков и, освободившись, усилием пружинных механизмов закрываются и стопорятся защелками. Более крупные крышки в исходном положении закреплены горизонтально на качающихся рычагах. При подъеме ракеты рычаг соскальзывает с хвостового отсека бокового блока ракеты и приводит в действие механизм закрытия крышки. Крышки, находящиеся в наклонном положении, опираются роликом на боковую поверхность и закрываются после того, когда ролик скатывается с боковой поверхности бокового блока ракеты.

Стартово-стыковочный блок ракеты-носителя "Энергия":

     В процессе сборки ракеты и стартово-стыковочного блока все крышки фиксируются технологическими приспособлениями в положении, не препятствующем сборке. После сборки крышки устанавливаются в исходное положение.
     Наружная поверхность корпуса стартово-стыковочного блока защищена от силового и теплового воздействий газовых потоков работающих маршевых двигателей панельным теплозащитным покрытием. Панели изготавливаются из жаростойкого и жаропрочного композиционного материала ЖСП - углепластика на основе кремнеземной стеклоткани. Панели крепятся к корпусу болтами, головки которых закрываются теплозащитными колпачками из прессованного материала АГ-4В. Для исключения прорыва газов между панелями их стыки выполняются лабиринтными и заполняются герметиком "Виксинт". На поверхность колонны пневмогидравлических систем и мачты теплозащитные панели укладывается на подслой из материала ТИМ-4 с целью тепловой изоляции систем при длительном действии температурных режимов суточного и сезонного перепадов. Выступающие элементы типа кронштейнов, опор и цапф закрываются цельнопрессованными теплозащитными колпаками, снимаемыми при подъемно-транспортных работах с блоком и ракетой.
     Поскольку стартово-стыковочный блок выполняет функцию связи ракеты со стартовым комплексом, то системы, размещаемые в блоке, по существу являются транзитными. Основные из них: система заправки и слива компонентов топлива, система циркуляции, термостатирования, контроля уровня, система зарядки сжатыми газами, система управляющего давления, вентиляции и создания инертной среды в отсеках ракеты, обеспечения температурного режима в отсеках, система пожаро-взрывопредупреждения и рулевых приводов. Системы вентиляции, обеспечения температурного режима и пожаро-взрывопредупреждения являются не только транзитными, но и выполняют эти же функции применительно к стартово-стыковочному блоку. Система дожигания выбросов непрореагировавшего водорода, система расстыковки связей ракета - стартово-стыковочный блок представляют собой замкнутые системы в составе этого блока. Дожигание выбросов непрореагировавшего водорода производится при запуске и выключении кислородно-водородных маршевых двигателей центрального блока.
     С целью создания пожаро-взрывобезопасной среды внутренняя полость корпуса блока разделена герметичными перегородками на отсеки "кислорода" и "керосина". Водородная магистраль проложена отдельно через колонну пневмогидравлических систем. Образованные отсеки вентилируются через коллекторы и в их объемах создается защитная среда инертного газа - азота.
     Транзитные пневмогидравлические системы, размещаемые в блоке, включают в себя обычные для них элементы: трубопроводы, узлы стыковки, электро-пневмоклапаны, пироклапаны, обратные клапаны, пылевлагозащитные клапаны и другие их разновидности, фильтры и межблочные узлы связи с ракетой и стартовой пусковой установкой.
     Через стартово-стыковочный блок подаются водород, кислород, керосин, гелий, азот газообразный, фреон, масло для рулевых приводов, сжатый воздух. В блоке смонтировано 1123 трубопровода общей длиной около 12 км. Трубопроводы выполнены в основном из стали ЭП810-ВД (около 790 наименований), 12Х18Н10Т (318), и остальные 15 - из стали ДИ52-ВД. Трубопроводы для криогенных компонентов - кислорода и водорода - теплоизолированы напылением пенополиуретана типа "Рипор". В качестве компенсаторов перемещений применены сильфоны, шарнирообразные, петлевые конструкции. Арматура, клапаны, срабатывающие по команде от системы управления, то есть имеющие электрическую связь и определенную вероятность выброса газов, заключены в пневмощиты, в которых принудительно создается постоянная инертная среда.
     Разъемные соединения гидравлических и пневматических связей стартово-стыковочного блока с пусковой установкой расположены на колонне пневмогидравлических систем, на внешней стенке колонны, вертикальной стенке корпуса блока под колонной и нижнем срезе корпуса. Стыковка этих соединений производится средствами стартового комплекса после установки ракеты-носителя на пусковую установку.
     Разъемные соединения пневмогидравлических связей с боковыми блоками ракеты-носителя располагаются на верхней плоскости стартово-стыковочного блока и сосредоточиваются комплектно под каждым блоком первой ступени. С центральным блоком ракеты-носителя связь пневмогидравлических систем, в том числе и водорода, осуществляется через колонну пневмогидравлических систем.
     Разъемные соединения межблочных пневмогидравлических связей в основном расстыковываются порционерами принудительно по команде "контакт подъема" и лишь некоторые из них - ходом ракеты.
     Так называемая расстыковка "ходом" ракеты по сути является расстыковкой пневмогидравлической связи усилием движущейся при старте ракеты. Такого рода разъемные соединения могут выполняться в виде законченного клапанного устройства, которое имеет нормально организованный стык с уплотнением под усилием тарированной пружины - разъединение такого стыка происходит без нарушения целостности клапана. Или соединение может быть в виде клапанного устройства, герметичность которого достигается не только уплотнением прокладки, но и цельной неразъемной конструкцией соединения. В этом случае формируется слабое сечение, по которому усилием при движении ракеты эта конструкция разрывается при движении ходом ракеты. Слабое звено иногда выполняется из менее прочных материалов, в том числе и пластических масс.
     Особенность и привлекательность такого рода разъемного соединения заключается в его надежности и своевременности расстыковки. Надежность обусловлена простотой конструкции. В этой схеме, при правильном ее оформлении, - минимальное количество элементов, участвующих в работе, в том числе нет необходимости зависеть от надежности подачи команд. Своевременность разъединения - это качество, которое дает возможность быть уверенным, что магистраль не нарушена при несостоявшемся движении ракеты. Расстыковка магистрали происходит только тогда, когда начался необратимый процесс - движение, и только в момент начала движения. На самом деле, если разъединить связи до начала подъема, при несостоявшемся пуске ракета остается без пневмогидравлического управления. В этом случае складывается опасная нерасчетная ситуация.
     Казалось бы, сомнений нет - нужны только связи, расстыковываемые ходом ракеты. Так выполнены разделительные стыки практически всех боевых ракет. Однако, если учесть, что количество связей достаточно большое, разброс и асимметрию, усилие на расстыковку ходом ракеты принимает значимый уровень, тем более при расположении связей на периферии поперечного сечения ракеты - возникает проблема устойчивости движения ракеты. При больших возмущениях система управления может не справиться со стабилизацией ракеты и дать в лучшем случае нерасчетный режим полета, если не аварию.
     Расстыковка пневмогидравлических и электрических связей по команде до начала движения создает почти идеальные условия на начало полета ракеты. Но такая схема требует очень высокой степени отработки и совершенства конструкции системы разделения. В конструкции ракеты-носителя "Энергия" было подавляющее большинство разъемных соединений, расстыковываемых по команде. Часть же разъемов, в основном управляющего давления, расстыковывалась ходом ракеты. Это конструктивное решение было принято не единогласно. Ярым противником принятой схемы был В.П.Бармин. Уже в 1982 г. на Совете главных конструкторов он требовал схему переработать. Была создана группа специалистов, которой поручили еще раз оценить правильность принятого решения. Группу поручили возглавить мне - стороннику разрыва разъемов ходом. Но состояние разработки проекта и сложившаяся к тому времени ситуация не давала возможности кардинально переделать конструкцию. Группа докладывала (при несогласии конструкторов наземного комплекса), что схему следует оставить в том виде, как она была запроектирована. Я поддержал мнение группы и мы направили свое внимание на тщательную разработку системы разделения.
     А перед пуском 15 мая 1987 г. была баталия между двумя академиками В.П.Глушко и В.П.Барминым, который снимал свои гарантии по надежности старта, подвергая еще раз критике эту систему. Комиссия приняла сторону Генерального конструктора В.П.Глушко. Бармин обратился ко мне, как Главному конструктору, который, как он сказал, имеет достаточный опыт разработки боевых ракет, с просьбой отменить пуск и переделать конструкцию. Это было нереально. Понимая его, я все же не мог его поддержать. Но система себя проявила. При втором пуске, 29 октября 1988 г., не расстыковался навесной блок прицеливания. В этом узле таилась простейшая ошибка.
     Для управления пиросредствами клапанов и других устройств в блоке располагается ряд приборов, которые заключены в кожухи с обеспечением термостатирования и создания нейтральной среды. Для замера температуры газовой среды и давления внутри блока применены датчики температуры типа ТП и датчики избыточного давления типа ДД.
     Электрическая связь стартово-стыковочного блока осуществляется через разрывные электроплаты. Каждый боковой блок ракеты имеет около 1500 цепей электросвязи, центральный - 2000. На боковых блоках используются разрывные электроразъемы типа PC-50, на центральном блоке - типа 9Р. Связь с пусковой установкой осуществляется через три электроплаты, размещенные на нижней плоскости стартово-стыковочного блока. Каждая плата имеет восемнадцать электроразъемов типа "Бутан", позволяющих производить автоматическую стыковку ракеты-носителя через стартовый блок с пусковой установкой.
     Силовая связь блока с ракетой осуществляется в шестнадцати точках - по четыре на каждый боковой блок. Каждый силовой узел имеет два пневмозамка, воспринимающих осевые нагрузки, и два направляющих штыря - для поперечных нагрузок. Для обеспечения компенсации погрешностей при сборке ракеты и изготовления блоков узлы имеют возможность регулировки в осевом направлении до пятидесяти миллиметров, в поперечном и угловом направлениях - в пределах двух градусов. Замена пневмо-замков предусмотрена через специальный люк и не вызывает трудностей.
     Раскрытие и закрытие пневмозамков ведется подачей управляющего давления воздуха до двухсот атмосфер. При сбросе давления пневмозамок сохраняет исходное положение - открытое или закрытое. Ресурс позволяет многократное использование замков. При подготовке ракеты к пуску раскрытие по команде производится после ее заправки компонентами топлива - заранее, до начала необратимых процессов для увеличения надежности срабатывания замков на открытие предусмотрено дублирование их открытия с помощью пиросредств. При несостоявшемся пуске пневмозамки переводятся в закрытое положение. В конструкции пневмозамка имеются датчики, позволяющие дистанционно контролировать их раскрытие и закрытие. Длина цилиндрической части направляющих штырей соответствует пути ракеты при ее подъеме со старта, на котором уверенно происходит расстыковка всех пневмогидравлических и электрических связей стартового блока с ракетой.
     Силовая связь ракеты-носителя, вернее стартово-стыковочного блока, осуществляется десятью захватами пусковой установки, входящими в специальные пазы блока и двумя направляющими штырями пусковой установки. Захваты удерживают ракету-носитель от опрокидывания, воспринимая осевые нагрузки, а штыри - поперечные. Установка ракеты на стартовое пусковое устройство с помощью транспортно-установочного агрегата производится с точностью до 25 мм по смещению центров, двадцать угловых минут в горизонтальной плоскости и плюс-минус три угловых минуты в вертикальной плоскости.
     Для исключения разнополюсных зарядов, которые могут вызвать искру и воспламенение возможных взрывоопасных смесей, приняты меры по металлизации стыков, сборок и элементов.
     Наружная поверхность блока покрывается белой нитроэмалью с соответствующими оптическими и высокостойкими температурными характеристиками. Нанесена металлизирующая сетка токопроводящей серой нитроэмалью.

Далее...

Фотографии и иллюстрации раскрываются в значительно увеличенном формате только на
DVD