Средства выведения космических летательных аппаратов

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

А.В. Беляев, Вл.В. Зеленцов, Г.А. Щеглов

СРЕДСТВА ВЫВЕДЕНИЯ
КОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ
АППАРАТОВ

Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия
для курсового и дипломного проектирования

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2007

УДК 629.78
ББК 39.62
Б43

Б43

Рецензенты: О.В. Кузнецов, Б.Б. Петрикевич

Беляев А.В., Зеленцов Вл. В., Щеглов Г.А.
Средства выведения космических летательных аппаратов:
Учеб. пособие для курсового и дипломного проектирования. –
М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 56 с.: ил.
ISBN 978-5-7038-2780-2
В пособии рассмотрены основные характеристики существующих и перспективных ракет-носителей космического назначения легкого, среднего и тяжелого классов. Описаны требования, предъявляемые к космическому аппарату со стороны
ракеты-носителя.
Для студентов 4–6-го курсов, обучающихся по специальности «Космические летательные аппараты и разгонные блоки».
Ил. 33. Табл. 20. Библиогр. 30 назв.
УДК 629.78
ББК 39.62

ISBN 978-5-7038-2780-2
c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

АТ – азотный тетраоксид (окислитель)
БЦВМ – бортовая цифровая вычислительная машина
ГСО – геостационарная орбита
ГО – головной обтекатель
ИСЗ – искусственный спутник Земли
КА – космический аппарат
МБР – межконтинентальная баллистическая ракета
НДМГ – несимметричный диметилгидразин (горючее)
ПН – полезная нагрузка
РБ – разгонный блок
РН – ракета-носитель
Т1 – керосин (горючее)
ЦМ – центр масс

ВВЕДЕНИЕ

Успех решения задачи выведения космического аппарата (КА)
на орбиту искусственного спутника Земли (ИСЗ) или на траекторию
полета к другим планетам зависит от правильного выбора ракетыносителя (РН). Эта задача может решаться двумя способами; выбором носителя из существующего ряда РН или разработкой новой
ракеты, отвечающей требованиям проектируемого КА.
Предложим, что имеется космический аппарат массой М , кг, который необходимо вывести на орбиту ИСЗ. Орбита КА имеет заданные параметры: эксцентриситет, выс´оты апогея и перигея, угол
наклонения плоскости траектории к земному экватору.
При разработке нового или выборе существующего носителя
необходимо соблюсти заданный диапазон высот выведения, а также углов наклонения плоскости орбиты. Ракета-носитель должна
обеспечить заданную точность выведения на орбиту, характеризуемую случайными отклонениями высоты полета, периодом обращения и углом наклонения орбиты, с учетом их корреляционных
связей. Также РН должна гарантировать высокую надежность выполнения поставленной задачи. При этом следует оптимизировать
затраты на изготовление РН, а также на выведение КА в космос.
Выбор готового носителя накладывает на проектируемый КА
ряд ограничений. Поскольку существующая РН имеет обтекатель
определенной формы и размеров, проектируемый КА должен вписываться в этот объем и иметь размеры, позволяющие размещать
его в зоне полезного груза под обтекателем. Изготовление обтекателя, отличного от штатного, приводит к увеличению стоимости РН,
поскольку возникает необходимость изготовить вновь спроектированный обтекатель и провести его экспериментальную отработку.

4

Стыковочный шпангоут РН (адаптер) имеет определенные размеры и форму. На нем размещаются крепежные элементы, соединяющие КА с РН, бортразъемы, обеспечивающие электропитание, подачу воздуха и других компонентов при стартовой подготовке. Размещение этих элементов конструкции на стыковочном шпангоуте
КА должно обеспечивать их стыковку с соответствующими элементами на РН.
При проведении прочностных расчетов КА необходимо учитывать нагрузки, которые будут действовать на космический аппарат
на этапе предстартовой подготовки и во время выведения. Также
необходимо знать диапазон частот продольных и поперечных вынужденных колебаний, возникающих в конструкциях РН на участке выведения, с тем чтобы избежать возникновения резонансов в
конструкции КА.
На современном этапе развития космической техники создание
нового КА уже не предполагает разработки специального носителя
для вывода его на орбиту, как это было в случае создания РН «Восток» для КА «Восток», РН «Союз» для КА «Союз» и других РН,
что существенно удешевляет космические программы. Существующий парк универсальных РН и разгонных блоков, подтвердивших
свою надежность большим количеством пусков, позволяет выводить на околоземные орбиты и межпланетные траектории широкий
спектр КА различной массы — от нано- и микроспутников до тяжелых космических платформ и модулей орбитальных станций. При
разработке КА различного назначения проектные параметры конструкции следует выбирать с учетом предполагаемых средств выведения КА, РН и разгонного блока (РБ). В целях снижения затрат необходимо, выбирая существующий носитель, уложиться в указанные ограничения, максимально адаптировав разрабатываемый аппарат к носителю.
При определении типа РН следует учитывать возможность запуска одним носителем нескольких КА (кластерного запуска). При
этом разрабатываемый КА может быть как основной, так и попутной полезной нагрузкой (ПН) при запуске.
Если же КА не удается адаптировать ни под один из существующих сегодня многочисленных носителей, то необходимо проектирование нового носителя, что существенно увеличивает стоимость

5

решения задачи, под которую создается КА, и оправданно только
для масштабных долговременных космических программ, предполагающих запуск большого количества аппаратов.
Настоящее учебное пособие предназначено для студентов, выполняющих курсовое и дипломное проектирование космических
летательных аппаратов. Оно содержит материалы, позволяющие
студентам выбрать РН и РБ и адаптировать к ним проектируемый
КА, для чего необходима информация о характеристиках и возможностях существующих носителей. В пособии представлены лишь
основные характеристики РН. Более полная информация может
быть получена из источников, указанных в списке литературы.