Головной обтекатель — часть конструкции ракеты-носителя, предназначенная для защиты полезной нагрузки на участке выведения от возникающих при прохождении плотных слоёв атмосферы аэродинамических сил и тепловых воздействий. В отдельных случаях головной обтекатель может защищать не только полезную нагрузку, но и последнюю ступень носителя. Головной обтекатель входит в состав космической головной части, включающей защищаемые им один или несколько космических аппаратов со средствами отделения, переходной отсек и, возможно, разгонный блок[1][2]. Ещё одной функцией головного обтекателя является защита космической головной части от внешних воздействий при транспортировке её на стартовый комплекс как автономно, так и в составе ракеты-носителя, а также во время нахождения на стартовом комплексе[3].
Конструкция
Головной обтекатель является сложным высокотехнологичным изделием, которое должно сочетать минимально возможный вес с высокой прочностью и способностью выдерживать резкие перепады температуры, до сотен градусов в минуту. Для изготовления головных обтекателей используются алюминиевые сплавы и композитные материалы, конструктивно-силовые схемы обтекателей могут быть различными: на ранних этапах развития ракетной техники использовалась подкреплённая стрингерами клёпаная гладкая оболочка, впоследствии сменившаяся фрезерованной «вафельной»[a], для современных ракет в основном создаются обтекатели с многослойными «сэндвичивыми» оболочками, включающими сотовый заполнитель и широко использующими полимерные композиционные материалы. Стоимость головных обтекателей современных ракет-носителей составляет от одного до нескольких миллионов долларов[5].
Система сброса
Обязательным компонентом головного обтекателя является система его сброса после преодоления носителем плотных слоев атмосферы. При этом должна быть исключена возможность столкновения сбрасываемого обтекателя с полезной нагрузкой или носителем. Крупногабаритные обтекатели состоят из нескольких створок, раскрываемых перед их отделением и отводом, створки обтекателей небольших габаритов раскрываются одновременное с отделением. При малых возмущающих воздействиях на носитель применяется также схема «чулка», при которой выполненный в виде монолитной конструкции обтекатель сбрасывается и отводится от ракеты-носителя как целое, таким образом, например, сбрасывался обтекатель ракеты Р-7 в модификации «Спутник». При сбросе обтекателя удерживающие его замки открываются с помощью пироболтов, а для отделения и отвода используются пружинные или пневматические толкатели, а также установленные на створках обтекателя малые РДТТ[6].
Габариты обтекателей
При создании современных головных обтекателей для ракет-носителей большое внимание уделяется их внутренним габаритам, где должна размещаться различная полезная нагрузка, которая может включать как крупногабаритные космические аппараты, так и десятки аппаратов сравнительно небольшого размера со средствами их отделения. При этом обтекатель должен сохранять аэродинамически выгодную форму. Это приводит к появлению «надкалиберных» головных обтекателей[7], диаметр которых может существенно превышать диаметр ступени ракеты-носителя, на которую устанавливается защищаемая обтекателем космическая головная часть. Такие обтекатели характерны, например, для ракет типа «Союз-2», «Ангара-А5», «Атлас-5», «Фалкон-9» и других. Для одного и того же носителя могут создаваться несколько типов головных обтекателей, позволяющих размещать под ними различные полезные нагрузки[5].
Многократное использование
Головные обтекатели ракет-носителей являются, как правило, одноразовыми и разрушаются при падении на Землю после их сброса. Повторное использование достаточно дорогостоящих головных обтекателей может быть одним из способов повышения экономической эффективности ракет-носителей, а также позволит сократить районы падения отделяющихся частей ракет-носителей, что уменьшит затраты на содержание наземных служб[8]. В 2017 году на носителе «Falcon 9» был проведен эксперимент по спасению головного обтекателя, створки которого были оснащены собственными тормозными двигателями и парашютной системой[9], в 2019 году, при запусках ракеты «Falcon Heavy», осуществлено мягкое приводнение створок головного обтекателя и перехват падающей створки обтекателя с помощью специально оборудованного судна[10], после чего началось повторное использование створок обтекателей на носителях этого семейства[11]. На проектируемой частично многоразовой космической ракете «Neutron» компании Rocket Lab предусматривается оригинальная схема несбрасываемого головного обтекателя, интегрированного с первой ступенью. Вторая ступень этой ракеты вместе с установленной на ней полезной нагрузкой должна размещаться внутри обтекателя, створки которого раскрываются при разделении ступеней, после чего вновь закрываются и возвращаются на Землю вместе с первой ступенью для повторного использования[12]. Рассматриваются схемы применения спасаемых головных обтекателей и на других типах носителей[8].
Примечания
Комментарии
- ↑ В монолитных «вафельных» панелях тонкая оболочка и подкрепляющие её пересекающиеся рёбра жёсткости составляют единое целое. Такие панели изготавливается из толстого алюминиевого листа с помощью механического или химического фрезерования или электрохимической обработки. Получающаяся структура внешне напоминает вафлю, откуда и получила своё название[4]
Источники
- ↑ «ГОЛОВНОЙ ОБТЕКАТЕЛЬ» // Космонавтика : Энциклопедия / Гл. ред. В. П. Глушко; Редколлегия: В. П. Бармин, К. Д. Бушуев, В. С. Верещетин и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1985. — С. 90.
- ↑ ФГУП ЦНИИмаш. ГОСТ Р 53802-2010. Системы и комплексы космические. Термины и определения.
- ↑ Головные обтекатели. НПО им. Лавочкина. Дата обращения: 19 сентября 2022. Архивировано 4 июля 2022 года.
- ↑ Н. Т. Каргин, В. В. Волоцуев. Конструкционные материалы // Конструкция и проектирование изделий ракетно-космической техники. — Самара: СГАУ, 2012. — С. 20—21.
- ↑ 1 2 А. М. Потапов, В. А. Коваленко, А. В. Кондратьев. Сравнение головных обтекателей существующих и перспективных отечественных ракет-носителей и их зарубежных аналогов // Проектирование аэрокосмических летательных аппаратов : Научно-технический журнал. — Харьков: ХАИ, 2015. — № 1 (118). — С. 35—43.
- ↑ М. Н. Охочинский, К. А. Афанасьев. Общие сведения о системах отделения головных обтекателей // Системы разделения в ракетной технике. Часть 2. Отделение полезных нагрузок и обтекателей. — СПб.: БГТУ, 2013. — С. 18—21.
- ↑ А. Н. Харитонова, В. Г. Шахов. Особенности решения пространственных задач обтекания ракет-носителей с надкалиберными головными обтекателями с использованием программного комплекса ANSYS Fluent // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. — 2012. — № 4 (35). Архивировано 20 сентября 2022 года.
- ↑ 1 2 А. А. Шульга, Г. А. Щеглов. Баллистическое проектирование ракеты-носителя со спасаемым головным обтекателем // Инженерный журнал: наука и инновации. — 2021. — № 9 (117). Архивировано 20 сентября 2022 года.
- ↑ Caleb Henry. SpaceX demonstrates rocket reusability with SES-10 launch and booster landing. Payload fairing recovery and future plans (англ.). Space News. Дата обращения: 20 сентября 2022. Архивировано 1 июня 2023 года.
- ↑ Eric Ralph. SpaceX successfully catches first Falcon Heavy fairing in Mr. Steven’s/Ms. Tree’s net (англ.) (25 June 2019). Архивировано 26 июня 2019 года. Дата обращения: 21 сентября 2022.
- ↑ Mihir Neal. SpaceX sets new fairing reuse record with Starlink mission (англ.). NASA SpaceFlight.com (3 февраля 2022). Дата обращения: 20 сентября 2022. Архивировано 3 февраля 2022 года.
- ↑ Jeff Foust. Rocket Lab updates Neutron design (англ.). Space News (2 декабря 2021). Дата обращения: 21 сентября 2022.
См. также
Ссылки
- Доспехи для спутника. Телестудия Роскосмоса. Дата обращения: 20 сентября 2022.
Эта страница в последний раз была отредактирована 5 августа 2023 в 03:46.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.