Объединенная двигательная установка (ОДУ)

Объединенная двигательная установка является одной из основных бортовых систем орбитального корабля (ОК) и предназначена для выполнения всех динамических операций в полете.
В штатном (безаварийном) полете двигатели ОДУ обеспечивают стабилизацию ОК в связке с РН (с момента включения II ступени), разделение ОК и РН, довыведение ОК на рабочую орбиту (двумя импульсами), стабилизацию и ориентацию ОК, орбитальное маневрирование, сближение и стыковку с другими КА, торможение, сход с орбиты и управление спуском.
В нештатных ситуациях, т.е. при авариях на активном участке, двигатели ОДУ используются в первую очередь для ускоренной выработки топлива перед отделением от РН (скорость до 70 кг/с) с целью восстановления необходимой центровки ОК (топливо может вырабатываться и после отделения от РН).
В случае экстренного отделения предусматривается срабатывание специальных пороховых двигателей ОДУ.
Кроме чисто динамических задач ОДУ как бортовая система обеспечивает тепловое саморегулирование, самоконтроль и аппаратурное самообеспечение, огневые проверки, связь ОК с наземными системами, а также интеграцию с системой электропитания по хранению и подаче жидкого кислорода.

Функционирование ОДУ в штатной (А) и в нештатных (Б) ситуациях:
1- стабилизация связки ОК-РН; 2- разделение ОК и РН; 3- довыведение на опорную орбиту; 4- динамические операции реактивной системы управления (РСУ) - ориентация, стабилизация, стыковка и т.п.; 5- орбитальное маневрирование; 6- сход с орбиты; 7- управление спуском; 8- стабилизация связки ОК-РН в нештатной ситуации, , а также резервная возможность включения ОДУ на активном участке (для использования свободного объема баков); 9- экстренное отделение ОК от РН в нештатной ситуации, выработка топлива при аварийном возвращении; 10- аварийное разделение ОК и РН и управление спуском

Впервые в мировой практике для двигательной установки КА используется криогенный окислитель - жидкий кислород и горючее - некриогенный синтетический углеводород синтин с повышенной эффективностью. Применение этого экологически чистого топлива повысило удельный импульс двигателей, но потребовало внедрения на ОК элементов криогенной техники, поскольку кислород хранится и заправляется в жидком состоянии (температура кипения -183ºС). Особенностью является и то, что в управляющие двигатели кислород подается в газообразном состоянии в отличии от двигателей ориентации, работающих на жидком кислороде.

В состав ОДУ входят:

• два двигателя орбитального маневрирования с тягой по 90 кН, пустотным удельным импульсом тяги 362с и с числом включений до 5000 за полет;

• 38 управляющих двигателей с тягой по 4 кН, удельным импульсом тяги 275...295с (в зависимости от назначения) и числом включений до 2000 за полет;

• восемь двигателей точной ориентации с тягой по 200Н, удельным импульсом 265с и с числом включений до 5000 за полет;

• четыре твердотопливных двигателя экстренного отделения с тягой по 28 кН и суммарным импульсом тяги по 35 кН с.

Двигатели ОДУ на ОК размещаются с учетом решаемых ими задач. Так, двигатели управления, расположенные в носовой и хвостовой частях фюзеляжа, обеспечивают координатные перемещения ОК по всем осям и управление его положением в пространстве.

Конструктивно ОДУ состоит из отдельных блоков. К основным блокам ОДУ (см. рисунок справа) относятся базовый (3), два хвостовых (БДУ-П, БДУ-Л) (2) и носовой блоки (1), а также соединяющие их пневмогидравлические магистрали.

Работу жидкостных ракетных двигателей и подачу в них топлива обеспечивают:

• топливные баки (основные, вспомогательные и дополнительные) со средствами наддува, заправки, термостатирования, забора жидкости в невесомости и т.п.;

• средства подачи компонентов топлива к двигателям управления, включая средства газификации жидкого кислорода;

• средства поддержания температурного режима окислителя и горючего, а также элементов конструкции;

• топливная и газовая арматура и трубопроводы;

• приборы, датчики и кабели систем управления и бортовых измерений.

Основные проектные решения были найдены на базе следующих принципиальных положений:

• размещение всего запаса жидкого кислорода для маршевых и управляющих двигателей и его хранение в едином теплоизолированном баке при низком давлении (использование глубоко охлажденного до -210ºС кислорода и активных средств его перемешивания позволило избежать потерь на испарение в полете в течение 15...20 сут без применения холодильной машины);

• питание двигателей управления газифицированным кислородом, получаемым в специальном газогенераторе (газификаторе) при сжигании в кислороде небольшой доли горючего;

• забор жидких топливных компонентов в условиях, близких к невесомости, с помощью специальных заборных устройств на базе мелкоячеистых (капиллярных) сетчатых блоков, расположенных в нижних частях баков;

• применение в двигателях управления электрического зажигания, охлаждения газообразным кислородом и избыточного содержания кислорода в камере для исключения образования сажи;

• увеличение мощности маршевого двигателя (тяга 90 кН), что позволяет использовать его для ускоренной выработки топлива в нештатных ситуациях, а в перспективе - для повышения общей эффективности многоразовой космической системы за счет включения на активном участке;

• поддержание теплового режима ОДУ в нормальном диапазоне собственными средствами (практически автономно от системы обеспечения теплового режима) за счет циркуляции горючего в теплообменном контуре, включающим основной бак;

• совмещение профилактической послеполетной очистки внутренних полостей ОДУ с огневыми контрольными испытаниями на технологическом горючем (бензине), проводимыми при межполетном обслуживании;

• интеграция ОДУ со смежными системами, в частности с системой электропитания, по средствам подачи и хранения жидкого кислорода;

• использование при длительных (до 30 сут) полетах микрокриогенной холодильной машины с минимальным электропотреблением;

• включение в состав ОДУ устройств связи со стартовым комплексом, а также элементов смежных систем и конструкций.

Внешний вид блоков ОДУ после их установки на орбитальный корабль (показано состояние теплозащиты сразу после приземления 15 ноября 1988 г.):

Маршевый двигатель 17Д12

Маршевый двигатель, или двигатель орбитального маневрирования (ДОМ), используется при довыведении, коррекции орбиты, межорбитальных переходах и торможении при сходе с орбиты.
Маршевый двигатель представляет собой ЖРД многократного включения с насосной системой подачи компонентов топлива, выполненной по схеме с дожиганием генераторовного газа, нормально функционирующий в условиях вакуума и невесомости. Общий вид ДОМ представлен справа; на рисунке цифрами обозначено: 1- радиационно охлаждаемая часть сопла; 2- регенеративно охлаждаемая часть сопла; 3- турбонасосный агрегат; 4- газоотвод; 5- камера сгорания; 6- рама с карданным подвесом; 7- привод рулевой машины; 8- газогенератор; 9- зашитный экран; 10- дренажные патрубки
Высокие энергетические параметры двигателя (удельный импульс 362 сек) обеспечиваются исключением потерь на привод турбины (схема с дозажиганием), большим геометрическим дорасширением реактивного сопла (отношение площадей =192), минимальными потерями в камере сгорания и реактивном сопле, рациональной системой охлаждения и сокращением выбросов. В качестве пускового горючего для воспламенения топлива в газогенераторе и камере используется металлоорганическое соединение.
Для двигателя характерны умеренная напряженность внутрикамерного процесса (давление в камере 7,85 МПа), использование форсуночной головки, имеющей концентрические кольцевые смесительные элементы для получения равномерного потока в камере, высотного соплового насадка радиационного охлаждения из ниобиевого сплава, изготовляемого методом раскатки (без сварки), центростремительной турбины, работающей на генераторном газе при умеренной (около 460ºС) температуре.
Крепление камеры в кардановом подвесе обеспечивает ее качание в двух плоскостях на 6º от номинального положения.

Двигатели управления 17Д15

Управляющий двигатель представляет собой однокамерный газожидкостный импульсный ЖРД высокого быстродействия на газифицированном кислороде и углеводородном горючем - синтине и работает в импульсных и стационарных режимах с длительностью включения от 0,06 до 1200 с как в орбитальном полете, так и при спуске в атмосфере до высоты 10 км, что позволяет использовать его как дублера маршевого двигателя и двигателей ориентации.
Для воспламенения компонентов топлива используется электрическая система зажигания индуктивного типа.
Камера сгорания и часть сопла охлаждаются регенеративно и через завесу окислительным газом, выходная часть сопла - радиационно, клапаны и свеча - прокачкой основного горючего в замкнутом контуре терморегулирования ОДУ.
Для двигателей продольного перемещения, дублирующих маршевые двигатели в случае их отказа, предусматривается установка удлиненного насадка со степенью расширения =50 и соответствующим приростом удельного импульса.
Быстродействие двигателя характеризуется временем набора 90% тяги, равным 0,06с, такой же минимальной продолжительностью включения и частотой включения до 8Гц.
Минимальный удельный импульс двигателя в импульсных режимах 180с.
Гарантированный ресурс двигателя составляет 26000 включений и более 3 ч работы (с дальнейшим увеличением по мере набора статистики).
Двигатель ориентации по принципиальной схеме и составу в основном аналогичен УД.
Для исключения образования сажи предусматривается повышенное соотношение компонентов топлива в двигателе (3,5....4), т.е. избыток кислорода.
Основным режимом работы ДО является выдача минимальных импульсов от 0,06 до 0,12с, т.е. удельных импульсов тяги от 227 до 237с соответственно.
Управляющие двигатели и двигатели ориентации разрабатывались в НИИ Машиностроения в г. Нижняя Салда Свердловской области.

Ниже на фотографиях показаны различные этапы монтажа агрегатов ОДУ на "Буране" в 1987 году:

Подготовка базового блока ОДУ к стыковке с орбитальным кораблем	Перевод базового блока ОДУ в горизонтальное положение для стыковки
Закатка базового блока ОДУ в хвостовую часть фюзеляжа с помощью подвижной платформы-стапеля
Установка носового блока ОДУ	Монтаж левого бокового блока БДУ-Л с хвостовой частью фюзеляжа
Монтаж левого бокового блока БДУ-Л с хвостовой частью фюзеляжа. Вид сверху

Смотри также статью Б.Соколова и А.Санина "В одной упряжке мороз и пламя"

При работе над страницей использованы фотографии двигателя 17Д12 с сайта журнала "Новости космонавтики" www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/photogallery/gallery_017/index.shtml

Web-master: ©Вадим Лукашевич 1998-2008