Патент на изобретение №2293045

(54) СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ГОЛОВНОГО БЛОКА В СОСТАВЕ РАКЕТЫ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

(57) Реферат:

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может использоваться в условиях образования в полостях головного блока пожаровзрывоопасных газовых смесей, например при утечках или дренажах компонентов топлива (жидких кислорода и водорода). Предлагаемый способ включает подачу в головной блок нейтрального термостатирующего газового компонента. Этот компонент подают одновременно в верхнюю часть полости космического аппарата (КА) с выбросом из нижней части полости КА и в нижнюю часть полости разгонного блока с выбросом из верхней части этой полости. Выход газового компонента со стороны торцевой части головного блока закрыт пристыкованной ракетой-носителем. Предлагаемое устройство содержит фильтр, побудитель расхода, газоводы для подачи нейтрального газового компонента и термостатирующие элементы. При этом в головной блок введена перегородка, образующая замкнутые полости разгонного блока и КА. Перегородка выполнена выпуклой в сторону КА и соприкасается с головным обтекателем через герметизирующий элемент. Эвакуация смеси нейтрального и пожаровзрывоопасного газовых компонентов из полости разгонного блока ведется через отводящий газовод, сообщающий полость разгонного блока с атмосферой. Технический результат изобретений состоит в обеспечении безопасности головного блока, например, при заправке КА и/или разгонного блока пожаровзрывоопасными компонентами перед пуском с одновременным обеспечением его теплового режима в составе ракеты космического назначения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ракетно-космической технике.

В современных разгонных блоках, входящих в состав головных блоков ракет космического назначения, могут применяться компоненты топлива (например, жидкий кислород, жидкий водород), которые при определенных условиях (утечки через неплотности в конструкции, дренажи и др.) в полостях головного блока могут образовывать пожаровзрывоопасные смеси, в связи с чем необходимы мероприятия, обеспечивающие пожаровзрывобезопасность головных блоков.

Известен способ обеспечения теплового режима головного блока в составе ракеты космического назначения путем подачи атмосферного воздуха в нижнюю часть головного блока с помощью стационарных наземных средств и средств башни обслуживания ракеты космического назначения и выброса воздуха в атмосферу в верхней части головного блока, т.е. система работает по разомкнутому циклу.

Известны устройства для обеспечения теплового режима головного блока с трактами подачи воздуха. Эти устройства работают как по разомкнутому циклу, так и по замкнутому циклу. В первом случае подаваемый воздух выбрасывается в атмосферу через один из люков головного обтекателя, во втором вновь поступает в систему (“Космодром”, под общ. ред. проф. А.П.Вольского, Военное издательство МО СССР, 1977, стр.208-213).

За прототип предлагаемого изобретения приняты способ обеспечения теплового режима и устройство, работающее по разомкнутому циклу.

Недостатками прототипа в случае использования компонентов, способных образовывать пожаровзрывоопасные смеси, является то, что:

– использование воздуха (как носителя окислительных свойств) для термостатирования головного блока после заправки головного блока пожаровзрывоопасными компонентами недопустимо;

– не создаются условия и не применяются устройства, с помощью которых пожаровзрывоопасные компоненты удалялись бы за пределы внутренних полостей головного блока, в том числе и при отмене пуска.

Задачей предложенного способа является обеспечение пожаровзрывобезопасности головного блока, использующего пожаровзрывоопасные компоненты, с одновременным обеспечением его теплового режима в составе ракеты космического назначения.

Задача решается за счет того, что в процессе и после заправки головного блока пожаровзрывоопасным компонентом в способе обеспечения теплового режима головного блока в составе ракеты космического назначения, включающем подачу термостатирующего газового компонента в нижнюю часть головного блока, в качестве термостатирующего газового компонента применен нейтральный газовый компонент, который подают одновременно в верхнюю часть полости космического аппарата с выбросом из нижней части полости космического аппарата и в нижнюю часть полости разгонного блока с выбросом из верхней части полости разгонного блока, при этом выход газового компонента со стороны торцевой части головного блока закрыт пристыкованной к нему ракетой-носителем.

Задача решается за счет того, что в устройство для реализации способа обеспечения теплового режима головного блока в составе ракеты космического назначения, содержащее фильтр, побудитель расхода, газоводы, термостатирующие элементы, в головной блок введена перегородка, образующая замкнутые полости разгонного блока и космического аппарата, причем перегородка выполнена выпуклой в сторону космического аппарата и соприкасается с головным обтекателем через герметизирующий элемент, причем эвакуация газообразного пожаровзрывоопасного компонента из полости разгонного блока ведется через отводящий газовод, сообщающий полость разгонного блока с атмосферой.

На чертеже схематично представлено устройство для обеспечения теплового режима и пожаровзрывобезопасности головного блока:

1 – головной блок;

2 – космический аппарат;

3 – разгонный блок;

4 – газоводы;

5 – отводящий газовод;

6 – фильтр;

7 – побудитель расхода;

8 – головной обтекатель;

9 – термостатирующие элементы;

10 – ракета-носитель;

11 – полость космического аппарата;

12 – полость разгонного блока;

13 – перегородка;

14 – герметизирующий элемент;

15 – дренажное устройство;

16 – полость скапливания.

В способе обеспечения теплового режима головного блока 1 в составе ракеты космического назначения, в процессе и после заправки головного блока 1 пожаровзрывоопасным компонентом, включающем подачу термостатирующего газового компонента в нижнюю часть головного блока 1, в качестве термостатирующего газового компонента применен нейтральный газовый компонент, который подают одновременно в верхнюю часть полости космического аппарата 11 с выбросом из нижней части полости космического аппарата 11 и в нижнюю часть полости разгонного блока 12 с выбросом из верхней части полости разгонного блока, при этом выход газового компонента со стороны торцевой части головного блока 1 закрыт пристыкованной к нему ракетой-носителем 10.

Объем подаваемого нейтрального газового компонента в головной блок 1 определяется из условия, исключающего образование смеси с пожаровзрывоопасной концентрацией, при этом учитывается максимально возможное появление газообразных пожаровзрывоопасных компонентов в полости головного блока 1.

В устройство для реализации способа обеспечения теплового режима головного блока 1 в составе ракеты космического назначения, содержащее фильтр 6, побудитель расхода 7, газоводы 4, термостатирующие элементы 9, в головной блок 1 введена перегородка 13, образующая замкнутые полости разгонного блока 12 и космического аппарата 11, причем перегородка 13 выполнена выпуклой в сторону космического аппарата 2 и соприкасается с головным обтекателем 8 через герметизирующий элемент 14, причем эвакуация газообразного пожаровзрывоопасного компонента из полости разгонного блока 12 ведется через отводящий газовод 5, сообщающий полость разгонного блока 12 с атмосферой.

Устройство для реализации способа обеспечения теплового режима головного блока 1 в составе ракеты космического назначения, содержащее фильтр 6, побудитель расхода 7, газоводы 4, термостатирующие элементы 9, работает следующим образом.

Для обеспечения теплового режима и пожаровзрывобезопасности головного блока 1 в составе ракеты космического назначения газовый компонент подают одновременно в верхнюю часть полости космического аппарата 12 и в нижнюю часть полости разгонного блока 12, а выброс газового компонента производят соответственно через дренажное устройство 15 из нижней части полости космического аппарата 11 и через отводящий газовод 5 из верхней части полости разгонного блока 12, при этом выход газового компонента со стороны торцевой части головного блока 1 закрыт пристыкованной к нему ракетой-носителем 10.

С начала заправки головного блока 1 пожаровзрывоопасными компонентами (например, космического аппарата 2 и/или разгонного блока 3 жидким кислородом и/или жидким водородом) для термостатирования и обеспечения пожаровзрывобезопасности применяют нейтральный газовый компонент (например, газообразный азот), который смешивается с газообразным пожаровзрывоопасным компонентом в случае его появления, образует смесь с пожаровзрывобезопасной концентрацией, которая эвакуируется за пределы головного блока 1 из полости скапливания 16 по отводящему газоводу 5 за пределы головного блока 1. Отводящий газовод 5 подсоединен к выпуклой части перегородки 13 в верхней ее точке.

В случае проникания газообразного пожаровзрывоопасного компонента через герметизирующий элемент 14 в полость космического аппарата 11 он смешивается с потоком нейтрального газового компонента, поступающего в верхнюю часть полости космического аппарата 11, и эвакуируется за пределы головного блока 1 через дренажное устройство 15, расположенное в нижней части полости космического аппарата 11.

Пожаровзрывоопасный компонент (например, газообразный водород) стремится, в силу своих свойств, скапливаться в верхней части головного блока, где и может образовываться пожаровзрывоопасная смесь. Недопущение такой ситуации, перемешивание пожаровзрывоопасного компонента с нейтральным компонентом (например, газообразным азотом), создание смеси с пожаровзрывобезопасной концентрацией и эвакуация ее через дренажное устройство 15 головного блока 1 обеспечивается подачей с расчетной встречной скоростью нейтрального компонента.

Таким образом, в зависимости от свойств применяемых пожаровзрывоопасных и нейтрального компонентов, от мест и объема возможных утечек пожаровзрывоопасных компонентов, от условий термостатирования головного блока расчитывается объем подаваемого нейтрального компонента, скорость его движения внутри полостей головного блока 1 и безопасная концентрация смеси с учетом прекращения подачи нейтрального компонента после старта ракеты космического назначения.

После старта ракеты космического назначения с набором высоты полета за счет увеличивающегося разрежения атмосферы эвакуация смеси нейтрального газового компонента с пожаровзрывоопасным компонентом из полости головного блока 1 происходит самопроизвольно через дренажное устройство 15 и через отводящий газовод 5.

Введение предлагаемого способа и устройства для обеспечения теплового режима и пожаровзрывобезопасности головного блока 1 позволяет:

– при заправке головного блока 1 пожаровзрывоопасными компонентами совместить обеспечение пожаровзрывобезопасности головного блока 1 с обеспечением его теплового режима путем использования нейтрального газового компонента;

– предлагаемый способ и устройство для реализации способа использовать при отмене пуска, в этом случае башня обслуживания подводится к ракете, после чего к ракете космического назначения подсоединяются коммуникации башни обслуживания, в том числе побудитель расхода 7, термостатирующие элементы 9 и газовод 4, с помощью которых нейтральный газовый компонент подают в головной блок 1, создавая в полостях головного блока 1 требуемый температурный и пожаровзрывобезопасный режим.

Формула изобретения

1. Способ обеспечения теплового режима головного блока в составе ракеты космического назначения, включающий подачу термостатирующего газового компонента в нижнюю часть головного блока, отличающийся тем, что в качестве термостатирующего газового компонента применен нейтральный газовый компонент, который подают одновременно в верхнюю часть полости космического аппарата, осуществляя его выброс из нижней части полости космического аппарата, и в нижнюю часть полости разгонного блока, осуществляя выброс из верхней части полости разгонного блока, при этом обеспечивают закрытие выхода газового компонента со стороны торцевой части головного блока за счет пристыкованной к данному блоку ракеты-носителя.

2. Устройство для обеспечения теплового режима головного блока в составе ракеты космического назначения, содержащее фильтр, побудитель расхода, газоводы и термостатирующие элементы, отличающееся тем, что головной блок снабжен перегородкой, образующей замкнутые полости разгонного блока и космического аппарата, причем перегородка выполнена выпуклой в сторону космического аппарата и соприкасается с головным обтекателем через герметизирующий элемент, а полость разгонного блока сообщена с атмосферой через отводящий газовод для эвакуации из этой полости смеси газообразного нейтрального компонента, подаваемого в полости разгонного блока и космического аппарата, с газообразным пожаровзрывоопасным компонентом.

РИСУНКИ