Реферат: Западноевропейские ракеты-носители серии "Ариан"

/>Московский Государственный Технический Университет им.Н.Э. Баумана


   


 

/>


Западноевропейскиеракеты-носители серии «Ариан»

Выполнил: студент группы М1-42 Сергей Мельников

(e-mail: king.midas@mtu-net.ru)

/>
/>



Оглавление:

Введение                                                                                                                                              

Характеристики ЖРД отдельныхступеней                                                                  

Схематическое изображениеракеты-носителя                                                                                 

Сравнение программ полетаракет серии«Ариан»                                                                         

О конкуренции между «Спейс Шаттл»и  «Ариан»                                                                         

Перспективные модели «Ариан-3» и«Ариан-4»                                                                             

Перспективыэксплуатации                                                                                                                 

Стартовыйкомплекс                                                                                                                           

Некоторые историческиефакты                                                                                                         

  Пятый запуск (L-5)                                                                                                                              

  Шестой запуск (L-6)                                                                                                                             

  Планы запусков ракет-носителей«Ариан»                                                                                      

  О затратах на программу«Ариан»                                                                                                      Списоклитературы                                                                                                                             

 Западноевропейскаяорганизация ESA в 1983 году занималась разработкой ракет-носителей«Ариан-2» и «Ариан-3», представляющие собой усовершенствованные вариантыэксплуатируемой в настоящее время ракеты-носителя  «Ариан-1». Ракета «Ариан-1»может вывести на орбиту с высотой перигерия  200 км, высотой апогея  ~ 36 000км и наклонением 8° полезную нагрузку массой 1780 кг, ракета «Ариан-2»  — 2210кг, ракета «Ариан-3» – 2580 кг. Ракета «Ариан-3» представляет собой ракету«Ариан-2», дополнительно оснащенную  стартовыми ускорителями. Первой былазапущена ракета «Ариан-3».

 Ниже перечисляются основные отличия ракеты «Ариан-3» от ракеты «Ариан-1» (на рис. 1  показаноместоположение элементов и узлов ракеты «Ариан-3», имеющих эти отличия).

1.   Изменена форма (с конуса) надвойной конус) носка головного обтекателя, что позволило увеличить объем дляразмещения полезной нагрузки без увеличения длины и максимальной длиныобтекателя.

2.   Увеличена на 0.5 м длинаконструкции «Сильда», размещаемой под головным обтекателем, что позволяетвыводить на орбиту два спутника PAM-D.

3.   Удлинен баковый отсек третьейступени, что позволило увеличить запас топлива (жидкий водород и жидкийкислород) на ступени с 8 до 10.5 т.

4.   Давление в камере сгорания ЖРД НМ-7 на третьей ступени повышено с 30 до 35 атм.

5.   Длина сопла ЖРД третьей ступениувеличена на 0.2 м, что позволило повысить удельный импульс примерно на 4кг*с/кг.

6.   Давление в камере сгорания ЖРД«Викинг-4» на второй ступени увеличено с 53.5 до 58.5 атм. В этом ЖРД, а такжев ЖРД, «Викинг-5» на первой ступени, в качестве горючего используется не чистыйнесимметричный диметилгидрозин  (НДМГ), а смесь НДМГ (75%) с гидразингидратом(25%), что уменьшило  вероятность возникновения неустойчивого горения.

7.    Модифицирован межбаковый отсекпервой ступени в расчете на крепление подвесных твердотопливных ускорителей.

8.   Предусмотрено использование двухтвердотопливных  ускорителей.

9.   Модифицирована подмоторная рамаЖРД первой ступени в расчете на крепление подвесных ускорителей.

10.  Давление в камере сгорания ЖРД «Викинг-5» на первойступени увеличено с 53.5 до 58.5 атм.

 

Характеристики ЖРДотдельных ступеней и стартовых ускорителей ракеты «Ариан-3»:


Название и число двигателей

Топливо

(масса, т)

Тяга, т Давление в камере сгорания, атм Продолжи-тельность работы, с Стартовые ускорители 2 РДТТ

Твердое

(2х7.3)

70 26-30 Первая ступень

4 ЖРД

«Викинг-5»

N204

(94.2)

НДМГ+гид-

разингидрат

(50.9)

67

(на уровне моря)

58.5 142 Вторая ступень

1 ЖРД

«Викинг-4»

N2O4

(21.7)

НДМГ+ гид-разингидрат

(11.8)

77

(в вакууме)

58.5 140 Третья ступень

1 ЖРД

НМ-7

Н2

(2.4)

О2

(8.1)

6

(в вакууме)

35 735

 

Сравнение программ полета ракет «Ариан-1», «Ариан-2» и«Ариан-3»:


 

«Ариан-1»

«Ариан-2»

«Ариан-3»

Бортовое  время отделения ускорителей, с

 

 

34

Высота полета в этот момент, км

 

 

4

Скорость полета в этот момент, м/с

 

 

255

Бортовое время отделения первой ступени, с

154

144

138

Высота полета в этот момент, км

57

51

55

Скорость полета в этот момент, м/с

1810

1850

2100

Бортовое время отделения головного обтекателя, с

250

225

219

Высота полета в этот момент, км

108

107

108

Скорость полета в этот момент, м/с

3250

3040

3165

Бортовое время отделения второй ступени, с

298

273

273

Высота полета в этот момент, км

141

146

147

Скорость полета в этот момент, м/с

4740

4470

4725

Бортовое время вывода пол. нагрузки на орбиту, с

870

994

994

Высота полета в этот момент, км

212

210

216

Скорость полета в этот момент, м/с

9755

9755

9750


 Затраты на разработку ракет«Ариан-2» и «Ариан-3» оценивают примерно в 75 млн. долл. в

ценах 1979 года. Длясравнения указывается, что затраты на разработку ракеты-носителя «Ариан-1»превысили 1 млрд. долл. в ценах 1980 года.

О конкуренции между МТКК«Спейс Шаттл» и западноевропейской ракетой-носителем «Ариан»

 Как уже сообщалось, консорциум ITSO предпочел МТКК «Спейс Шаттл» ракете-носителю «Ариан-4-4LP» в качестве носителя для первыхдвух спутников модели INTELSAT-6. По мнению  наблюдателей, одной из причин такого решения былименьшие затраты в случае использования МТКК, причем NASA в данном случае понизило стоимость фрахта по сравнению с объявленнойфиксированной величиной для периода с 1 октября 1985 года по 30 сентября 1988года. Характерно, что впервые в своей практике NASA запретило распространять какую-либоинформацию о финансовой стороне своего предложения.

 Сообщается, что в конкурентнойборьбе за предоставление носителей для остальных трех спутников модели INTELSAT-6 консорциум «Арианспейс»пересмотрел финансовую сторону своего предложения.

Перспективные модели«Ариан-3» и «Ариан-4»

 Ракеты-носители «Ариан-4» должныиспользовать навесные твердотопливные и жидкостные ускорители. Твердотопливныеускорители изготовляет  итальянская фирма Difesa e Spazio, жидкостные – западногерманскийконцерн MBB/ERNO. Контракт (30 млн. марок) на жидкостные ускорителипредусматривает изготовление шести образцов: двух для прочностных ивибрационных испытаний (с середины 1984 года), двух для огневых испытаний (вконце 1984 года) и двух для летних испытаний в составе первой ракеты «Ариан-4»,запуск которой был намечен на конец 1985 года. Концерн MBB/ERNOпривлек итальянскую фирму Aeritalia (топливные баки), бельгийскую фирму SABCA (подмоторная рама, межбаковый отсек и передняяюбка), французское объединение Aerospatiable (система отделения) и нидерландскую фирму Fokker (головной обтекатель). Дляупрощения конструкции ускорителя средства управления его воспламенительнымустройством, пиротехническими устройствами и телеметрической системой размещеныв межбаковом отсеке первой ступени ракеты, где

имеется достаточный свободныйобъем. Сборка ускорителя будет производиться на заводе концерна MBB/ERNO в Бремене (ФРГ). Планируется сборка вгоризонтальном положении, а не в вертикальном, как практикуется в настоящеевремя для ступеней ракеты «Ариан». Указывается, что в результате затраты насборку сократятся в четыре раза за счет рабочих платформ и другогоспециализированного оборудования.

 Национальное управлениеаэрокосмических исследований (ONERA)планирует провести в аэродинамической трубе испытания действующей масштабноймодели «Ариан-4» для оценки аэродинамических характеристик и истекающего потокагазов двигателей. В частности, в 1984 году намечены испытания модели ракеты«Ариан-4-4L», которая имеет наилучшиеэнергетические характеристики из всех вариантов ракеты «Ариан-4». Модельоснащается восемью работающими ЖРД (четыре ЖРД первой ступени и четыре ЖРДнавесных жидкостных блоков).

 Твердотопливные ускорители дляракеты «Ариан-3» разработала итальянская фирма Difesa e Spazio. Первые испытания ускорителя былинеудачными, все последующие – успешными. После восьмых испытаний, проведенных15 июля 1983 года, ускоритель получил свидетельство о летной годности. Приседьмых испытаниях ускоритель был установлен вертикально, при всех прочих –горизонтально.

Перспективы эксплуатации

 Консорциум «Арианспейс»,эксплуатирующий западноевропейские ракеты-носители «Ариан», сообщил, что онполучил заявку на запуск этой ракетой-носителем итальянского предэксплуатационногоспутника связи «Италсат» в 1987 году. С учетом этой заявки окончательноутверждены запуски 22 спутников ракетами-носителями «Ариан». Владельцы этихспутников должны выплатить консорциуму «Арианспейс» в общей сложности около 600млн. долл. Отмечается, что примерно половина заявок исходит от владельцевполезных нагрузок из неевропейских стран. До настоящего времени консорциум«Арианспейс» заказал 24 ракеты-носителя «Ариан».

Стартовый комплекс

 На полигоне Куру во ФранцузскойГвинее сооружается второй стартовый комплекс для ракет-носителей «Ариан». Наэтом комплексе предусматривается использование двух мобильных стартовых столов:одного для ракет «Ариан-2» и «Ариан-3», второго для ракет «Ариан-4». Первыйстол имеет большую высоту, поскольку высота ракет «Ариан-2» и «Ариан-3» меньше,чем ракеты «Ариан-4». Опоры для ракеты на стартовом столе по контракту (3.5млн. фнт. стерл. в ценах 1980 года), организации ESA создает английская фирма British Aerospace Dynamic. Опоры для стартового стола ракет«Ариан-2» и «Ариан-3» фирма должна поставить в конце 1984 года, для стартовогостола ракет «Ариан-4» — начале 1985 года. Первый запуск ракеты «Ариан-3» состартового комплекса ELA-2намечен на начало 1985 года, первый запуск ракеты «Ариан-4» -  на декабрь 1985года.

 С комплекса ELA-2 можно будет ежегодно запускать12 ракет-носителей «Ариан» (с комплекса ELA-1 – шесть). Потребные затраты на его строительствооценивают в 700 млн.  франков. На строительстве занято 450 человек, из них  150прибыли из западноевропейских стран. Строительство ведут французские (52,7% отстоимости работ), западногерманские (22%), бельгийские (11,5%),  английские,датские, испанские, итальянские и швейцарские фирмы.

Некоторые историческиефакты

ВЕЛИКОБРИТАНИЯ

О спутниках «Юнисат»

 Этот спутник обеспечитретрансляцию двух программ «Би-Би-Си» на Великобританию и Западную Европу, а,кроме того, передачу данных с высокой информативностью между абонентамиВеликобритании и абонентами США (в последнем случае – с использованием вкачестве ретрансляторов спутников INTELSAT).  Первый спутник  «Юнисат» планируют вывести на орбиту вначале 1986 года  предположительно ракетой-носителем «Ариан-4».

ВЕЛИКОБРИТАНИЯ-ФРАНЦИЯ

О спутнике «Евростар» (ESC / «Телеском I»)

 Английская фирма BAC  и французская фирма Matra  создали консорциум Satcom Int. Для разработки спутника«Евростар». Экспериментальный образец спутника, получивший названия «Атос» и «ST-100», должен быть выведен настационарную орбиту в декабре 1985 года ракетой-носителем «Ариан-4» при первомее запуске.

ESA

О спутнике ERS-1 для исследования природных ресурсов

 Западноевропейский спутник ERS-1, предназначенный дляисследования  природных ресурсов моря, должен быть запущен в конце 1987 года ракетой-носителем «Ариан-3». Этот спутник будет использовать модифицированныйотсек служебного оборудования, разработанный для французского спутника «Спот»,предназначенного для исследования природных ресурсов суши. Модификацииподвергнется энергетическая установка, которая  должна обеспечить большую мощность,также бортовая двигательная установка, которая должна нести 300 кг гидразина,вдвое больше, чем на спутнике «Спот».

СКАНДИНАВСКИЕ СТРАНЫ

О спутнике «Теле-Х»

 Экспериментальный спутник связи«Теле-Х» должен быть запущен в 1986 году ракетой-носителем «Ариан». Расчетнаяточка стояния на стационарной орбите – над 5˚ в.д. Масса спутника 2100 кг.Он должен использовать «платформу» (корпус и служебные системы), разработаннуюдля спутников TV-SAT и TDF-1.Спутник предназначен для непосредственного телевизионного вещания наскандинавские страны с использованием диапазонов 12/18 ГГц и на передачуцифровых данных и видеоинформации с использованием диапазонов 12/14 ГГц.Расчетная продолжительность эксплуатации спутника 7 лет.

Пятый запуск (L-5)

 10 сентября на полигоне Курусостоялся пятый запуск (запуск L-5)ракеты-носителя «Ариан». Это был первый эксплуатационный запуск ракеты (послечетырех запусков в рамках летно-конструкторских испытаний), при котором онадолжна была вывести на орбиту два спутника западноевропейской организации ESA: «Марекс В» и «Сирио II». Однако, вследствие аварииракеты-носителя, спутники на орбиту не вышли.

 На ракете-носителе «Ариан» спутник«Сирио II» размещался внутри конструкции«Сильда», а спутник «Марекс В» – на этой конструкции. Масса конструкции«Сильда», которая при запуске L-5использовалась впервые, 185 кг, она крепится болтами непосредственно к конусуиз алюминиевого сплава на отсеке оборудования ракеты.

 Для замены этих спутниковорганизация ESA  предполагает запустить спутники«Марекс С» и «Сирио IIB», но этобудет возможно не ранее 1984 года.

 Старт ракеты-носителя «Ариан» былназначен на  2 ч 15 мин 10 сентября по Гринвичу. Фактически запуск состоялся в2 ч 12 мин. Первые две ступени ракеты-носителя отработали нормально.Водородно-кислородный ЖРД НМ-7 третьей ступени, в соответствии с расчетнойпрограммой полета, был включен в Т[1]+ 285 с. В Т + 560 с было зарегистрировано падение скорости вращения турбиныТНА третьей ступени с 61 800 до 60 800 об/мин, а спустя 1 с, — до 30 000об/мин. В Т + 610 с скорость вращения турбины упала до нуля. Параллельно суменьшением скорости вращения турбины снижалось давление в камере сгорания ЖРДНМ-7, которая упала с номинального (32 атм) до нуля. ЖРД НМ-7 проработал 5 мин25 с вместо ~ 10 мин. В официальном сообщении указывалось: «Все прочие рабочиепараметры третьей ступени, в частности, давление в топливных баках и в системенаддува  соответствовали расчетным. Таким образом, причиной аварии,по-видимому, явилось прекращение работы двигательной установки вследствиевыхода из строя ТНА». В момент аварии третья ступень с полезной нагрузкойнаходилась на высоте ~ 200 км и имело скорость ~ 7 км/с, в то время какпрограмма полета предусматривала достижение в конце работы ЖРД третьей ступенискорости 10,25 км/с, необходимой для вывода полезной нагрузки на переходнуюэллиптическую орбиту с высотой апогея ~ 36 000 км. Ступень с полезной нагрузкойупала в Атлантический океан.

 Одной из задач  запуска L-5 было слежение за отделившейсяпервой ступенью ракеты-носителя «Ариан» для точного определения ее точкипадения. Штатная программа полета ракет-носителей «Ариан» предусматриваетподрыв первой ступени после ее отделения, однако при полете L-5 соответствующая команда выданане была. Слежение за полетом отделившейся ступени осуществлялось с цельюполучения информации, важной запланированного в будущем спасения ступени для ееповторного использования. При запуске L-5 первая ступень никаких средств спасения не несла. Ступень в полетене разрушилась, но при падении в океан распалась на несколько кусков. Один изних (бак окислителя) был спасен специально высланным судном.

Шестой запуск (L-6)

 16 июня 1983 года с полигона Куру был осуществлен шестойзапуск ракеты-носителя «Ариан». В качестве полезной нагрузки на ракете былиустановлены спутники ESC-I (масса 1043 кг) для использованиязападноевропейской региональной системы связи и «Амсат-Оскар Х» (масса 130 кг)для использования радиолюбителями. Запуск  прошел успешно. Спутники были выведенына орбиту с высотой перигея ~ 1500 км и высотой апогея  ~ 36 000 км.  Спутник«Амсат-    Оскар Х» рассчитан на эксплуатацию в течение 3 лет, ESC-I – 7 лет.

Планы запусковракет-носителей «Ариан»

 После аварии ракеты-носителя«Ариан» при запуске L-5 былиразработаны новые планы запусков этих ракет. Для запусков L-6, … L-9 и L-20должны использоваться ракеты-носители «Ариан-1», для запусков L-10, … L-19, L-21и L-22 – ракеты «Ариан-2» или«Ариан-3», для запуска L-23– ракеты «Ариан-4». Запуски L-6,… L-9 осуществляет западноевропейскаяорганизация ESA, все последующие – консорциум«Арианспейс». С января 1985 года запуски становятся более частыми в связи свводом в строй второго стартового комплекса на полигоне Куру.

 Американский бюллетень Aerospace Daily пишет, что в случае еще однойаварии ракеты некоторые организации-владельцы полезных нагрузок могутрасторгнуть свои соглашения с консорциумом «Арианспейс» и искать другиеносители, при этом NASA надеется,что они выберут МТКК «Спейс Шаттл». Бюллетень сообщает, что NASA проявляет особуюзаинтересованность в привлечении к использованию МТКК владельцев спутников«Уэстар», ESC,«Джистар», SPC и STC.

 Согласно первоначальным планам,полезной нагрузкой ракеты-носителя «Ариан» при запуске L-6 должен был стать научный спутник «Экзосат»,принадлежащий западноевропейской организации ESA. Запуск этого спутника ракетой «Ариан» не принесеторганизации ESA никакого дохода, поэтому онарешила использовать для запуска этого спутника американскую ракету-носитель«Торад-Дельта», с тем чтобы «расчистить путь» для коммерческой эксплуатацииракеты-носителя «Ариан», что, по словам руководителей организации ESA, «является основным назначениемракеты». Запуски L-7, L-8 и L-9 со спутниками модели INTELSAT-5 относятся именно к этойкатегории. Решение закупить для запуска спутника «Экзосат» американскуюракету-носитель обусловлено и тем обстоятельством, что «окно» для запускаограничено характером научных исследований с использованием этого спутника. Каксообщил один из руководителей организации ESA: «Не представлялось возможности откладывать запускспутника «Экзосат» до того времени, когда для этого удастся выделитьракету-носитель «Ариан». Американский журнал Science сообщает, что решение о запускеспутника «Экзосат» американской ракетой принято под давлением западноевропейских  астрономов, опасающихся, в частности, что дальнейшаяотсрочка отразится на характеристиках некоторых приборов. Например, могутухудшится свойства бериллиевого окна в детекторе частиц средней энергии.

О затратах на программу«Ариан»

 Жан-Пьер Шевенман, министр научныхисследований и промышленности Франции, привел некоторые данные о затратах напрограмму «Ариан». Общие затраты к концу 1985 года, т.е. к завершениюразработки ракеты-носителя «Ариан-4», составят 8 млрд. франков (1,16 млрд.долл.). С 1973 г. по 1981 г. включительно израсходовано свыше 5 млрд. франков.На 1982 год ассигновано ~ 600 млн. франков, на 1983 г. запрашивалось 1293 млн.франков. Из упомянутой суммы 5 млрд. франков на долю Франции приходится 3,5млрд. франков, а всего до конца

1985 г. Франция затратит напрограмму «Ариан» ~ 5,55 млрд. франков.

 Шевенман заявил также, чтоаварийные запуски LO-2 и L-5 привели к потере 800 млн.франков. В эту сумму входят 450 млн. франков, необходимых на «восстановление»спутников «Марекс В» и «Сирио II»,утраченных при запуске L-5.Упомянутые аварии вызвали

17 месячную задержку в работах, акаждый лишний месяц, согласно сообщению Шевенмана, обходится в 20 млн. франков.

Литература

1. Подшивка еженедельного журнала «Ракетная космическаятехника» № 1-26 за 1983 год

2. Подшивка еженедельного журнала «Ракетная космическаятехника» № 27-52 за 1983 год

еще рефераты
Еще работы по истории техники