Что такое космодром
Космодром — это специально оборудованная территория, занимающая площадь от нескольких сотен квадратных метров, как, например, в случае морского комплекса, до нескольких сотен квадратных километров, с размещенными на ней специальными сооружениями и технологическими системами, предназначенными для сборки, испытаний, подготовки и запуска ракет-носителей, космических кораблей и межорбитальных станций.
Крупный современный космодром включает в себя стартовые, технические, посадочные, командно-измерительные комплексы, научно-исследовательские и испытательные подразделения, стендовые базы, информационно-вычислительные центры, командные пункты и, как правило, комплекс предполетной подготовки и послеполетной реабилитации космонавтов. Кроме того, космодром должен иметь ряд вспомогательных объектов — аэродрома, заводы по производству компонентов топлив, теплоэлектростанции, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, железнодорожные и автомобильные коммуникации, а также поля падения отделяющихся ступеней ракет-носителей и элементов космических аппаратов и жилой город — административный центр с медицинскими, культурными, учебными, спортивными, торгово-бытовыми и другими учреждениями. Обслуживающий персонал космодрома может состоять из нескольких десятков тысяч человек.
Технический комплекс космодрома
Технический комплекс — это часть специально оборудованной территории космодрома с размещенными на ней зданиями и сооружениями, оснащенными специальным технологическим оборудованием и общетехническими системами. Оборудование технического комплекса позволяет обеспечить прием, сборку, испытание и хранение ракетно-космической техники, а также заправку компонентами топлива и сжатыми газами космических аппаратов и разгонных блоков, их стыковку с ракетами-носителями и транспортировку собранного комплекса на старт.
В специальных вагонах элементы ракетно-космической техники с заводов-изготовителей доставляются в монтажно-испытательный корпус технического комплекса, где производится их разгрузка с помощью подвижных и стационарных разгрузочно-погрузочных средств.
Монтажно-испытательный корпус (МИК) — основной элемент технического комплекса, оснащенный двумя видами оборудования: механо-сборочным и контрольно-испытательным. МИК представляет собой многопролетное высотное каркасное промышленное сооружение, имеющее крановое оборудование большой грузоподъемности. В пролетах МИКа размещается механо-сборочное оборудование, а также производятся расконсервация, сборка и проверка ракетно-космических систем. По периметру корпуса располагаются различные лаборатории с контрольно-проверочной аппаратурой автономной и комплексной проверки космической техники.
Размеры и оснащение монтажно-испытательных корпусов зависят от типа собираемых и испытываемых ракет (космических аппаратов). Современный МИК имеет внушительные размеры. Например, МИК для сборки и проверки ракеты-носителя "Энергия" — это четырех-пролетный корпус длиной 250 м, шириной 112 м и высотой около 50 м. По периметру корпуса на четырех этажах расположены лаборатории, занимающие общую площадь 48 тыс. кв. м. При вертикальной технологии сборки ракет высота МИКа достигает 160 м.
В МИКе составные части ракет-носителей и космических аппаратов подвергаются внешнему осмотру, предварительным поэлементным испытаниям и подаются на сборку. Сборка их производится, как правило, на отдельных, не связанных между собой технологических линиях. При большой интенсивности подготовки и проведения пусков для сборки и испытаний ракет-носителей и космических аппаратов могут быть предусмотрены отдельные монтажно-испытательные корпуса.
С помощью монтажных средств и кранового оборудования осуществляются сборка космических средств и подача их на пневмовакуумные испытания. Такие испытания проводятся с целью выявления негерметичности всех гидро- и газопроводов и герметичных отсеков ракет-носителей и космических аппаратов. Электрические испытания проводятся с целью определения целостности всех электрических цепей и правильности функционирования систем управления и всех элементов с электропитанием.
Собранный и проверенный космический аппарат направляется на заправочную станцию для продолжения цикла подготовки к запуску. Заправочная станция — элемент технического комплекса, представляющий собой комплекс сооружений и технологических систем и предназначенный для заправки разгонных блоков и космических аппаратов компонентами ракетных топлив, сжатыми газами, спецжидкостями. Здесь находятся хранилища горючего, окислителя и сжатых газов; системы термостатирования компонентов, вакуумиро-вания, газового контроля, измерений, автоматизированной заправки, нейтрализации токсичных паров и жидкостей, пожаротушения, связи, вентиляции и т.д. Заправочная станция является технологическим объектом космодрома, наиболее насыщенным взрывоопасными, пожароопасными и токсичными элементами.
Стыковка собранной и проверенной ракеты-носителя с заправленным космическим аппаратом осуществляется в том же монтажно-испытательном корпусе, где производилась их сборка.
Стартовый комплекс космодрома
Стартовый комплекс — составная часть и основной технологический объект космодрома, представляющий собой специально оборудованную территорию, оснащенную технологическими и общетехническими системами. Весь этот многочисленный и уникальный комплекс оборудования обеспечивает транспортировку, установку в стартовое устройство ракеты-носителя с космическим аппаратом, заправку компонентами топлива и сжатыми газами, предстартовые проверки, подготовку к пуску и пуск ракетно-космического комплекса.
Стартовый комплекс, как правило, включает в себя пристартовые хранилища ракет-носителей и космических аппаратов, транспортно-установочные агрегаты (или стационарные установщики), стартовые сооружения с пусковыми устройствами, системы заправки компонентами ракетных топлив, средства газоснабжения, аварийного спасения обслуживающего персонала и членов экипажей. Кроме того, стартовый комплекс оснащается вспомогательными сооружениями и системами: холодильными центрами, автономными электростанциями, узлами связи, системами телевидения и киносъемки, автомобильными и железными дорогами и т.д.
Мозговым центром каждого стартового комплекса является командный пункт. Там обрабатывается вся собранная информация о состоянии и готовности всех технологических и общетехнических систем старта, бортовой аппаратуры и агрегатов ракеты-носителя и космического аппарата, кондиционности и количестве компонентов ракетных топлив, газов и спецжидкостей, а также информация о готовности всех служб космодрома (метео- и топогеодезического обеспечения, аварийно-спасательных и поисковых команд, групп тылового обеспечения, эвакуации и т.д.) к предстоящим работам. Здесь же размещается контрольно-проверочная и испытательная аппаратура предстартовой подготовки космического комплекса.
На основании результатов обработки постоянно поступающей телеметрической информации (до нескольких тысяч параметров в секунду при комплексных испытаниях) принимаются решения и выдаются команды на продолжение работ по технологическому графику пуска комплекса или его корректировке.
Командный пункт обычно представляет собой находящееся под землей четырех- или пятиэтажное здание, начиненное электроникой и десятками километров кабеля. Отсюда ведется управление всей предстартовой подготовкой к пуску и выдается команда на запуск ракет-носителей и космических аппаратов.
Необходимо особо подчеркнуть, что каждое из сооружений технического или стартового комплекса можно приравнять к промышленному предприятию средних размеров. Например, система заправки жидким кислородом ракеты-носителя "Энергия" включает в себя:
- систему приема и хранения жидкого кислорода вместимостью несколько тысяч тонн;
- систему переохлаждения и термостатирования жидкого кислорода, обеспечивающую охлаждение окислителя на 6...8 °С ниже точки кипения и поддерживающую заданную температуру с точностью до 0,5...1 °С;
- систему заправки жидким кислородом, обеспечивающую подачу компонента со скоростью 6...8 тонн в минуту;
- систему вакуумирования теплоизоляции криогенных емкостей и трубопроводов до 10"~6 мм рт. ст.;
- систему автоматического непрерывного контроля газовой среды;
- систему автоматического пожаро- и взрывопредупреждения;
- автоматизированную систему управления всеми технологическими операциями;
- систему контроля кондиционности хранящегося и заправляемого кислорода и т.д.
Таким образом, стартовый комплекс можно сравнить с крупным промышленным комбинатом, раскинувшимся на десятках квадратных километров и включающим в себя два-три десятка крупных заводов (цехов). И уж если дальше продолжать это сравнение, то основная "продукция" такого комбината — безаварийный пуск космического комплекса в точно заданное время.
Командно-измерительный комплекс космодрома
В последний период подготовки космического комплекса на старте и после пуска в работу включаются специалисты еще одной важной части космодрома — командно-измерительного комплекса (КИК), обеспечивающего траекторные измерения движения ракеты-носителя с космическим аппаратом на активном участке полета, а также получение, обработку и анализ данных о работе бортовых систем, комплекса в целом, объективных показателей о состоянии космонавтов.
В связи с ростом числа космических аппаратов, постоянно функционирующих на орбитах, изменялись функции, структура, техническая оснащенность командно-измерительного комплекса, который в последнее время все чаще правильно называют наземным автоматизированным комплексом управления (НАКУ). Это универсальный комплекс наземных, морских и воздушных средств и аппаратуры для обмена командно-программной, телеметрической и траекторной информацией с любым типом космического аппарата и управления всей орбитальной группировкой, находящейся в данный момент в космосе.
КИК космодрома включает в себя пристартовые измерительные пункты и десятки измерительных пунктов вдоль трасс полета космических комплексов; баллистический центр, автоматические системы сбора, обработки, передачи и отображения информации; информационно-вычислительные центры; системы связи и телеобмена с космонавтами. В состав командно-измерительного комплекса космодрома входят также кинотеодолитные станции (пункты), предназначенные для непосредственного визуального слежения и съемки полета космического комплекса на начальном участке.
Вся информация, получаемая в ходе нормального или аварийного полета, обрабатывается в вычислительном центре. Результаты этой обработки являются основным беспристрастным документом, характеризующим полет, и исходным материалом для принятия решения по конкретному космическому объекту. В связи с этим наибольшую ценность имеет информация измерительного комплекса при летно-конструкторских испытаниях, когда "незаметное" отклонение любого параметра может привести к срыву целой программы.
Посадочный комплекс космодрома
Одна из основных причин высоких затрат на космос — однократное использование ракет-носителей и космических аппаратов. Например, американская ракета "Сатурн-5", обеспечившая программу полетов космических кораблей "Аполлон" к Луне, стоимостью 280 млн дол. "расходуется" за несколько минут. В конце 1960-х гг. начались работы по созданию космических средств многократного использования. Наибольшую известность в этом направлении получили орбитальные корабли типа "Шаттл" и "Буран".
Практический переход на многоразовые космические средства в перспективе несомненно даст существенную экономию. Ну, а вначале, как и всякая новая научно-техническая идея, многоразовые системы требуют миллиардных затрат на создание их составных элементов, ракет-носителей и космических аппаратов, космических комплексов в целом, на строительство и оснащение специальных посадочных (или стартово-посадочных) комплексов.
Современный посадочный комплекс — это часть специально оборудованной территории космодрома с размещенным на ней комплексом зданий и сооружений, оснащенных технологическим и общетехническим оборудованием. Посадочный комплекс предназначен для приема космических кораблей, аппаратов, ступеней и элементов ракет-носителей многоразового использования. На посадочном комплексе производится также комплекс мероприятий послеполетной профилактики спускаемых объектов и подготовки их к транспортировке на техническую позицию.
В состав космодромов входят и полигоны посадки космических аппаратов. Они, конечно, не такие сложные, грандиозные и дорогостоящие, как посадочные комплексы многоразовых космических кораблей, но тем не менее достаточно технически оснащенные и оборудованные в инженерном отношении. Это довольно большие районы, предназначенные для штатной посадки космических объектов или спускаемых капсул с материалами. Полигоны посадки выбираются, как правило, в равнинной, малонаселенной, без крупных водоемов местности.
Трасса полигона посадки на протяжении нескольких тысяч километров оснащается средствами связи, наблюдения, контроля и выдачи целеуказаний о траектории спуска космического объекта поисково-спасательным службам. Полигон посадки должен обеспечить своими средствами контроль спуска, обнаружение объекта и его эвакуацию.
Посадочными комплексами можно условно назвать и те районы Карагандинской и Джезказганской областей Казахстана, где приземлялись первые пилотируемые корабли типа "Восток", "Восход", многочисленные космические аппараты серии "Космос", различные модификации транспортных космических кораблей "Союз".
В США в качестве полигонов посадки космических аппаратов выбраны районы акватории океана, что накладывает свои особенности на конструкцию космического аппарата и средства его поиска и эвакуации.
Обеспечение безопасности работ на космодроме
Космодром — зона повышенной опасности. Это обусловлено и токсичностью топлив, и высокими давлениями газов в различных емкостях и системах, и пожаро- и взрывоопасностью криогенных жидкостей и газов, и повышенными шумами и вибрациями, и высокими электрическими напряжениями, и излучениями антенн и т.д.
В связи с этим на космодроме существует система мероприятий, обеспечивающих безопасность проводимых работ. Условно эти мероприятия можно разделить на четыре группы.
Мероприятия, заложенные в проектных решениях при создании всего космодрома и отдельных его комплексов. Здания и сооружения размещаются на безопасном расстоянии друг от друга, их конструкция предусматривает защищенность от воздействия ударной волны определенной силы и полную автономность жизнеобеспечения на несколько суток. При необходимости обеспечиваются пожаро- и взрывобезопасность, герметичность, звукоизоляция помещений.
Мероприятия, заложенные в конструкцию технологических систем и агрегатов. К ним относятся выбор наиболее прочных и стойких к агрессивным средам материалов, внедрение вычислительных систем вместо насосных, применение сварных соединений, скоростных лифтов и специальных средств спасения, оснащение систем и сооружений быстродействующими и эффективными средствами контроля, сигнализации и ликвидации аварийных процессов, создание рациональной и безопасной технологии работ на всех участках.
Мероприятия, предусматривающие создание и использование коллективных и индивидуальных средств защиты. Проектируются и строятся специальные системы спасения космонавтов и персонала стартовых команд, убежища и укрытия, средства пожаротушения на базе тяжелой бронетехники, применяются индивидуальные средства защиты кожи и органов дыхания при работах с агрессивными жидкостями и газами.
Мероприятия организационного характера. К ним относятся обучение обслуживающего персонала; контроль соблюдения мер безопасности; создание системы допусков в сооружения и к технологическим системам, ограничивающей число людей, участвующих в конкретных операциях; своевременное оповещение о проведении опасных работ; организация эвакуации людей из опасных зон и т.п.
Обычно при организации и проведении каких-либо испытательных работ на космодромах устанавливаются три-четыре зоны безопасности, и в зависимости от характера и степени риска в каждой зоне устанавливается свой режим допуска к работам, осуществляются те или иные мероприятия. Так, например, стартовый комплекс СК-39 на Восточном испытательном полигоне США для пусков ракетно-космической системы "Сатурн-5" — "Аполлон" разбит на четыре зоны:
- зона непосредственно в районе стартового сооружения с возможным избыточным давлением во фронте ударной волны в случае взрыва ракеты-носителя на старте около 10 атм и уровнем шума 135 дБ;
- зона безопасности с уровнем шума от 135 до 120 дБ (примерно 2 км от старта);
- зона общего назначения с уровнем шума менее 120 дБ (примерно 5 км);
- промышленная зона со всеми вспомогательными техническими сооружениями (от 5 до 10 км).
При проведении пусков ракеты-носителя "Энергия" и многоразового ракетно-космического комплекса (МРКК) "Энергия" — "Буран" с космодрома Байконур в районе стартового комплекса были установлены также четыре зоны безопасности:
- радиусом два километра вокруг пускового устройства. Из этой, наиболее опасной зоны, эвакуация обслуживающего персонала заканчивалась за 12 ч до пуска. Все дальнейшие технологические операции по заправке, подготовке к пуску и сам пуск производились дистанционно из защищенных бункеров управления;
- радиусом пять километров вокруг пускового устройства. Эвакуация отсюда заканчивалась за 8 ч до пуска, одновременно с началом заправки ракеты-носителя жидким водородом;
- радиусом 8,5 км, освобождалась за 4 ч до старта;
- радиусом 15 км, подлежала эвакуации за 3 ч до старта. За ее пределами гарантировалась безопасность человека на открытой местности в случае взрыва ракеты-носителя на старте.
Кроме того, при пуске МРКК комплекса "Энергия" — "Буран" 15 ноября 1988 г. был принят комплекс мер по обеспечению безопасности на трассе выведения и полета комплекса.
Таковы общая структура, задачи, состав технических и технологических средств космодромов, предназначенных для запусков ракет-носителей с космическими аппаратами на борту.
|
|
Читайте в рубрике «Космодромы»: |
Web development technology
All about web development technology & software solutions
www.globalcloudteam.com