Принципиальные схемы технологической подготовки ЛА к пуску

Классификация систем наземного обеспечения и требования, предъявляемые к ним

Комплекс систем наземного обеспечения представляет собой совокупность сооружений, агрегатов и систем специального технологического оборудования, предназначенных для подготовки к полету и обслуживания ЛА.

Основными операциями, выполняемыми с помощью КСНО, являются: транспортировка; установка; заправка; наведение; проведение предстартовой подготовки; защита от воздействий внешней среды и несанкционированных действий; управление технологическим процессом предстартовой подготовки и работами, проводимыми в случае несостоявшегося пуска; электропитание ЛА, находящегося на пусковом устройстве; обеспечение безопасности обслуживающего персонала; осуществление контроля за полетом ЛА и выдача необходимых команд. К главным факторам, определяющим состав и структуру комплекса систем наземного обеспечения, можно отнести следующее:

— тактико-технические характеристики ЛА, для обслуживания которого предназначен данный КСНО;

— требуемая частота запусков ЛА;

— надежность подготовки ЛА к запуску;

— технологические принципы, положенные в основу предстартовой подготовки ЛА.

Структурная схема комплекса системы наземного обеспечения представлена на рис. 1.2.

Анализ приведенной схемы показывает, что КСНО, предназначенный для обслуживания ЛА любого класса, включает в себя сооружения и оборудование, имеющие разное функциональное назначение.

Сооружения предназначены, во-первых, для размещения оборудования, ЛА и обслуживающего персонала с целью защиты их от неблагоприятных воздействий окружающей среды, во-вторых, для установки ЛА в положение, позволяющее проводить его предстартовую подготовку и пуск. В зависимости от местности, на которой они размещаются, а также от необходимой степени защищенности от воздействия разрушающих факторов взрыва, возможного в аварийной ситуации, сооружения подразделяются на наземные, полузаглубленные и заглубленные (подземные).

Оборудование систем наземного обеспечения предназначено для выполнения работ, непосредственно связанных с эксплуатацией и обслуживанием ЛА. В зависимости от выполняемых функций оборудование подразделяется следующим образом:

— наземная часть бортовых систем, представляющая собой проверочную аппаратуру, которая обеспечивает проведение регламентных работ, автономные и комплексные испытания ЛА, а также запуск двигательной установки;

— специальное технологическое оборудование, работающее в контакте с ЛА и предназначенное для непосредственной подготовки к полету и поддержания режима дежурства ЛА;

— техническое оборудование, обеспечивающее нормальные условия содержания и обслуживания ЛА, которые определяются специфическими особенностями ЛА как объекта обслуживания и техникой безопасности обслуживающего персонала.

Наземная часть бортовых систем состоит из оборудования двух основных видов:

— контрольно-испытательного;

— проверочно-пускового.

Специальное технологическое оборудование в зависимости от назначения подразделяются на следующие группы:

— транспортное;

— подъемно-перегрузочное;

— установочное;

— заправочное;

— аппаратура контроля и управления технологическими процессами;

— вспомогательное.

К техническому оборудованию относится оборудование общепромышленного профиля, включающее системы температурно-влажностного режима сооружений, вентиляции, электросиловое оборудование, связь, системы газового анализа сооружений, водопровод и канализацию. Техническое оборудование, как правило, не находится в непосредственном контакте с обслуживаемым ЛА и разрабатывается организациями, ответственными за проектирование сооружений.

Все элементы комплекса систем наземного обеспечения располагаются на технической и стартовой позициях, которые представляют собой земельные участки, лежащие в непосредственной близости друг от друга и состоящие из комплексов зданий и сооружений с общетехническим и специальным технологическим оборудованием.

Поскольку системы наземного обеспечения предназначены для подготовки к полету и обслуживания ЛА, то все элементы КСНО должны удовлетворять требованиям, которые определяются поставленными перед этими системами задачами.

Требования, предъявляемые к КСНО, могут быть разбиты на следующие четыре группы: функциональные, эксплуатационные, эргономические и экономические.

К группе функциональных требований относятся:

— высокая надежность подготовки проведения пуска ЛА в любое время года и суток при значительных изменениях метеорологических условий;

— минимальное время подготовки ЛА к пуску;

— минимальное количество обслуживающего персонала.

Под надежностью в данном случае понимается способность элементов КСНО сохранять свои выходные параметры в определенных пределах при данных условиях эксплуатации в течение заданного промежутка времени.

Высокая надежность обеспечивается целым рядом мероприятий, основными из которых являются:

— выбор рациональной прочности конструктивных элементов КСНО:

— упрощение применяемой системы или агрегата;

— создание конструктивных схем с наименьшими последствиями отказов элементов;

— резервирование отдельных элементов;

— осуществление постоянного контроля за состоянием исполнительных элементов;

— механизация и автоматизация всех технологических процессов.

Прочность конструкции агрегатов КСНО обеспечивается с помощью расчета наиболее важных узлов и деталей, основанного на изучении условий их эксплуатации; выбора конструкционных материалов; совершенствования технологии производства; автоматизации производственных процессов; контроля качества изготовления; специальных испытаний с имитацией неблагоприятных условий эксплуатации.

Упрощение применяемой системы или агрегата вызвано тем, что более надежной является система, количество исполнительных элементов которой минимально, а конструкция наиболее проста.

При выборе определенного конструктивного решения того или иного элемента КСНО необходимо учитывать возможные последствия отказа этого элемента. При прочих равных условиях предпочтение отдается варианту, обеспечивающему минимальный ущерб при аварийных ситуациях.

Одним из способов повышения надежности агрегатов и систем наземного обеспечения является резервирование наиболее ответственных узлов, что позволяет функции отказавших элементов выполнять дублирующим элементам при сохранении работоспособности всей системы.

Из определения надежности следует, что ненадежной считается не только та система, отказ элемента которой привел к неработоспособности, но и та, значения рабочих характеристик которой выходят за допустимые пределы. В этой связи важным мероприятием, обеспечивающим надежность, является постоянный контроль за состоянием исполнительных механизмов элементов КСНО для своевременного устранения выявленного несоответствия. Для оперативной обработки измеряемых параметров на ЭВМ непосредственно в ходе предстартовой подготовки целесообразно в системах контроля применять устройства и методы преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму. Такой прием обеспечивает высокую степень достоверности контроля необходимых параметров.

Одним из главных резервов повышения надежности подготовки и проведения пуска ЛА, сокращения времени, затрачиваемого на предстартовые операции, а также уменьшения количества обслуживаемого персонала и его безопасности является механизация и автоматизация всех технологических процессов. Наиболее актуальной в настоящее время является задача полной автоматизации технологических процессов управления как отдельными агрегатами и системами КСНО, так и процессами предстартовой подготовки ЛА. Автоматизация сложных технологических операций и процессов, как правило, выполняется на основе использования как универсальных, так и специализированных ЭВМ, которые снабжаются пультами, обеспечивающими наряду с автоматическим и ручное управление отдельными наиболее ответственными исполнительными элементами.

Следует отметить, что агрегаты и системы КСНО должны обладать высокой степенью стабильности технических и эксплуатационных характеристик в различных атмосферных и климатических условиях, при резких колебаниях температуры окружающей среды.

В группу эксплуатационных входят требования, при удовлетворении которых достигаются наилучшие условия эксплуатации, сохранности оборудования с учетом обеспечения его работоспособности и безопасности обслуживающего персонала.

Соблюдение правил эксплуатации оказывает особое влияние на надежность всех элементов КСНО, поскольку исключает возможность поломки оборудования. Важную роль при этом играет своевременное проведение периодических проверок, выполнение профилактических работ и содержание оборудования в технически исправном состоянии.

Конструкция элементов КСНО должна обеспечивать возможность восстановления отказавших в процессе эксплуатации узлов и деталей. Это требование ремонтопригодности связано с тем, что в процессе подготовки ЛА к пуску сам отказ зачастую менее опасен, чем невозможность быстрого отыскания места поломки и ее скорейшего устранения.

Сохранность оборудования характеризуется способностью всех составляющих элементов этого оборудования находиться в исправном состоянии в процессе хранения как важном этапе эксплуатации. К основным мероприятиям, обеспечивающим сохранность оборудования, относятся выбор соответствующих смазок; изготовление агрегатов из специальных материалов, стойких к неблагоприятному воздействию окружающей среды; применение антикоррозионных покрытий; просушка и проветривание агрегатов при длительном хранении и эксплуатации; соблюдением необходимых условий хранения и сбережения.

Особо важным требованием, предъявляемым к системам наземного обслуживания, является обеспечение техники безопасности обслуживающего персонала при выполнении всех видов работ. Поскольку техническая и стартовая позиции насыщены большим количеством токсичных и взрыво- и пожароопасных веществ, источников тока, трубопроводов и емкостей высокого давления, а следовательно, являются зонами повышенной опасности. Поэтому даже незначительные нарушения мер безопасности при эксплуатации могут привести не только к аварийной ситуации, но и к катастрофе. С точки зрения обеспечения безопасности и упрощения обслуживания очень важно на агрегатах КСНО иметь блокирующие устройства, предохранители, конечные выключатели и ограничители, предупреждающие возникновение неисправностей и аварий в работе основных механизмов и агрегатов. Все рабочие места должны быть оборудованы необходимыми средствами для пожаротушения и проведения обмывочно-нейтрализующих работ, а также для надежной защиты от действия взрывной волны и обеспечения эвакуации обслуживающего персонала при аварии.

Эргономические требования учитывают возможности человека, эксплуатирующего современную технику, насыщенную автоматизированными устройствами. Соблюдение основных требований инженерной психологии при разработке агрегатов и систем КСНО способствует правильному восприятию и оценке полученной информации, своевременному принятию решения о необходимых действиях и выполнению принятого решения с помощью воздействия на рабочие элементы агрегата или системы.

Указанные цели достигаются обеспечением наилучших условий для работы оператора, что зависит от многих факторов: удобства расположения приборов и индикаторов; выбора оптимальных углов обзора приборов при неподвижном положении глаз; применения специальной сигнализации для важнейших сообщений о ходе процесса; правильного подбора размеров, формы, освещенности, контрастности и четкости геометрических фигур, букв или цифр; соответствующей окраски сигналов; степени стандартизации указательных надписей на панелях и т. п.

Экономические требования обеспечивают сокращение затрат, связанных с расходами на разработку, создание и эксплуатацию систем наземного обеспечения. Эти требования достигаются широким использованием недефицитных материалов; унификацией отдельных узлов и механизмов; использованием агрегатов общетехнического назначения; простотой устройств; внедрением прогрессивных методов производства, а также его специализацией и кооперированием; сведением к минимуму ручного труда, т. е. максимальной механизацией и автоматизацией технологических процессов предстартовой подготовки.

Следует отметить, что кроме указанных выше общих для всех агрегатов и систем наземного обеспечения требований к отдельным элементам КСНО в зависимости от функционального назначения и особенностей эксплуатации могут предъявляться и специфические требования. Характерным является то обстоятельство, что соблюдение всех этих требований приводит к увеличению полноты выполнения поставленной перед КСНО задачи по подготовке и проведению пуска ЛА, т. е. увеличению эффективности систем наземного обеспечения.

Глава 2. ОСНОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ НАЗЕМНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НА ТЕХНИЧЕСКОЙ И СТАРТОВОЙ ПОЗИЦИЯХ

Несмотря на большое разнообразие запускаемых ЛА, подготовка их к пуску обязательно включает в себя следующие основные этапы: транспортировка, сборка и испытания на технической позиции (ТП), предпусковая подготовка на стартовой (предполетной) позиции (СП) и пуск.

В зависимости от технологических принципов, положенных в основу подготовки ЛА к пуску, можно выделить четыре схемы, или метода сборки, установки и обслуживания:

— горизонтальная сборка ЛА на ТП, сущность которой заключается в том, что сборка ЛА и комплексные испытания осуществляются на ТП в монтажно-испытательном корпусе (МИК), а затем ЛА в горизонтальном положении транспортируется на стартовую позицию и устанавливается на пусковое устройство (ПУ);

— сборка ЛА на СП, или фиксированный метод подготовки к пуску. Отдельные блоки ЛА, минуя ТП, доставляются на СП, где проводятся сборка, автономные и комплексные испытания и пуск;

— вертикальная сборка ЛА на ТП, или мобильный метод подготовки, заключающийся в вертикальной сборке ЛА и проведении комплексных испытаний в здании вертикальной сборки на ТП с последующей доставкой ЛА в вертикальном положении на СП и установкой его на ПУ;

— совмещенная подготовка, объединяющая элементы фиксированного, мобильного и метода горизонтальной сборки и заключающаяся в том, что в МИК производится вертикальная или горизонтальная компоновка отдельных блоков или ступеней ЛА, а окончательная сборка и последующие комплексные испытания осуществляются на СП.

Выбор той или иной схемы технологического процесса подготовки определяется множеством факторов, основными из которых являются размеры и конструктивно-компоновочная схема ЛА, а также используемые в настоящее время технологические принципы подготовки. Каждая из описанных схем, обладая определенными недостатками, может применяться только в конкретных условиях.

Так, метод горизонтальной сборки ЛА на ТП применим для ЛА, конструкция которых допускает горизонтальную транспортировку в полностью собранном состоянии, что обычно связано с увеличением массы аппарата. При подготовке ЛА по этой схеме нет необходимости в высотном здании вертикальной сборки и в специальных транспортных средствах для доставки аппаратов на СП в вертикальном положении. Сборка и испытания ЛА в этом случае ведутся в оборудованных помещениях при благоприятных условиях, что существенно повышает удобство проведения работ и качество их выполнения. Однако, перевод ЛА из горизонтального положения в вертикальное требует проведения на СП дополнительных операций, связанных с повторными испытаниями, а также с подстыковкой заправочных и других коммуникаций, что, в свою очередь, сопряжено с определенными эксплуатационными трудностями, особенно при неблагоприятных погодных условиях. По этому методу подготавливаются обычно ЛА легкого и среднего классов, а иногда и ЛА, предназначенные для вывода на орбиту космических объектов, например такие системы, как “Скаут”, “Союз”, “Энергия” и др.

Фиксированный метод позволяет проводить предстартовую подготовку ЛА, минуя техническую позицию, на которой имеется большое количество сложных и дорогостоящих зданий и сооружений. Этот метод применяется для подготовки ЛА, находящихся в стадии экспериментальной отработки или использующихся для единичных исследовательских запусков, что связано с длительным пребыванием ЛА на пусковом устройстве и низкой пропускной способностью СП. Наиболее распространен фиксированный метод был в США в период зарождения космической техники для пусков ЛА “Титан-I”, “Титан-П”, “Сатурн-1”, “Сатурн-IB” и др.

Увеличение пропускной способности стартовой позиции и необходимость быстрой замены ЛА на пусковом устройстве, связанные с решением сложных задач по организации встреч на орбите космических аппаратов, требуют обеспечения возможности запуска в заданный промежуток времени значительно большего числа ЛА с одной СП. Такая задача решена применением мобильного метода подготовки, при котором стартовая платформа с собранным и испытанным на ТП ЛА доставляется на СП и устанавливается на стенд, снабженный газоотражателем. Проверки ЛА на стартовой позиции в этом случае не носят всеобъемлющего характера и проходят сравнительно быстро, поскольку все заправочные и другие коммуникации через кабель-заправочную башню обслуживания, смонтированную на стартовой платформе, уже подстыкованы к ЛА, а их соединение с наземными коммуникациями осуществляется при установке стартовой платформы на стенд. Недостатками такой схемы являются строительство сложного и дорогостоящего здания вертикальной сборки, а также создание специального транспортного оборудования и путей для доставки ЛА в вертикальном положении с ТП на СП. Мобильный метод подготовки применяется для ЛА тяжелого и сверхтяжелого классов, к которым, в частности, можно отнести “Сатурн-5”, “Титан-IIIс”, “Спейс-Шаттл” и др.

Применение совмещенного метода подготовки значительно уменьшает затраты, связанные со строительством монтажно-испытательного корпуса (МИК), и исключает необходимость в изготовлении специальных транспортных средств для перевозки с ТП на СП полностью собранного ЛА. Основными недостатками этого метода является низкая надежность сборки и испытаний. Кроме того, длительное время занята СП, что уменьшает ее пропускную способность. Совмещенный метод лежит в основе подготовки к пуску таких ЛА, как “Тор-Дельта”, “Атлас-Аджена”, “Тор-Аджена”, “Европа-Н” и др.

Возможные и другие технологические схемы предстартовой подготовки ЛА, предназначенных для вывода на околоземную орбиту полезных нагрузок большой массы. Например, существует проект применения морской плавучей сборочно-пусковой системы, позволяющей осуществлять сборку и запуск ЛА с высоким тротиловым эквивалентом в открытом море, что существенно повышает безопасность проводимых работ.

Дата добавления: 2014-10-15