Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
1.1.2.
Системный принцип в планировании экспериментальной отработки ЛА
На начальном этапе развития ракетно-космической техники основная экспериментальная отработка ЛА происходила при летно-конструкторских испытаниях (ЛКИ), составляющие системы (компоненты) отрабатывались только автономно. При этом для отработки и доводки Л А требовалось не менее 50 — 100 пусков Л А. По
14
мере усложнения ЛА, в особенности с переходом на многоступенчатые конструкции, резко повысилась стоимость самого ЛА и проведения каждого его пуска, в связи с чем изменилась стратегия проектирования экспериментальной отработки ЛА, которая сейчас ориентируется на 2 — 3 пуска при ЛКИ.
Рассмотрим основные задачи, которые необходимо решать для достижения поставленной цели испытаний сложной технической системы.
По определению, приведенному в БСЭ (изд. 3, 1978 г.), «испытание машин — экспериментальное определение конструктивных и эксплуатационных свойств машин для выявления их соответствия техническим требованиям или опытного изучения реальных процессов, происходящих в машинах».
Испытать какой-либо объект — это значит создать для него такие условия, чтобы обнаружились его реальные особенности.
Испытания могут служить разным целям.
На начальном этапе в результате испытаний узнают, реализуема ли та или иная схема, совместимы ли и могут ли быть использованы в комплексе отработанные автономно системы, подсистемы, агрегаты, элементы.
При дальнейшем развитии схемы возникает вопрос о том, какой вариант является оптимальным в смысле эффективности, надежности, стоимости, поведении при различных возмущениях и т.д.
Далее начинается этап испытаний различных качеств, целью которого является проверка системы (комплекса) на выполнение определенных требований по эффективности и надежности. При анализе результатов испытаний ставится задача получения достоверных значений основных характеристик ЛА, которые можно разделить на три обобщенные группы: энергетические характеристики, точность и надежность.
Энергетические характеристики определяются суммарным импульсом силовых установок, необходимым для сообщения полезному грузу скорости движения, требуемой для выведения КЛА на заданную орбиту, и для осуществления ориентации, коррекций, разгона, торможения и т.д.
Точность движения аппарата в основном определяется точностью выведения его к концу активного участка на баллистический, орбитальный участок траектории либо точностью введения в коридор входа при посадке на планету, т.е. степенью соответствия вектора скорости и координат заданным значениям. Точность выведения КЛА должна быть исключительно высокой. В ряде случаев при малейшем нарушении требований по точности настолько искажается траектория свободного полета КЛА, что он не может достигнуть заданного района и выполнить свою основную задачу.
Характеристики надежности ЛА, имеющего большое количество силовых установок, сложных агрегатов и механизмов, автоматиче-
15
ски действующих элементов (например, ракета «Атлас» имеет свыше 300 тыс. точных деталей, комплекс «Сатурн» — «Аполлон» — более миллиона узлов), являются исключительно важными, но добиться их удовлетворительных значений в реальных условиях эксплуатации очень трудно.
На ранних этапах экспериментальной отработки надежность современных комплексов КЛА и их отдельных систем очень невелика. Вследствие этого, чем сложнее комплекс КЛА, тем большую роль будут играть его экспериментальная отработка, методы организации испытаний и анализа их результатов.
Обеспечение надежности пилотируемых КЛА является еще более трудной задачей. Так, например, при достаточно высокой вероятности выполнения задачи полета (порядка 0,95 — 0,96) вероятность безопасности экипажа, т.е. возвращения экипажа на Землю без потерь, должна быть не менее 0,999. Столь высокая надежность не может быть проверена только вероятностными статистическими методами. Поэтому в программу надежности вводится ряд качественных показателей, и при определении надежности пользуются совокупностью количественных, в том числе вероятностных, и качественных методов.
Всюду, где это возможно, для увеличения вероятности безопасности и выполнения задачи полета применяется резервирование. Все системы, за исключением корпуса, тепловой защиты и некоторых частей главного двигателя, резервируются, а в случае многодвигательной схемы резервируется и двигатель в целом. Правила требуют прекращения экспедиции в ситуации, когда еще один отказ в критическом узле приведет к гибели экипажа. Поэтому функциональные элементы всех систем должны иметь двойное резервирование для безопасности экипажа и тройное, если полет должен продолжаться после одного отказа.
Так как большинство отказов некритичны по времени, принят метод непрерывного контроля экипажем бортовых индикаторов и контроль наземными станциями телеметрических данных для обнаружения отказа и выбора корректирующих действий.
Для повышения гарантии безопасности экипажа на активном участке полета создана специальная система аварийного спасения экипажа в случае аварии ракеты-носителя.
