СПОСОБ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СБОРКИ РАКЕТЫ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ С РАСШИРЕННЫМ ГОЛОВНЫМ ОБТЕКАТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к способам сборки ракет космического назначения и может быть использовано при горизонтальной сборке ракет космического назначения, имеющих в своем составе расширенный головной обтекатель с поперечным размером, превышающим диаметр последней ступени ракеты-носителя.

Известен способ горизонтальной сборки ракеты космического назначения, состоящей из первой и второй ступеней ракеты-носителя, космического аппарата и головного обтекателя, поперечный размер которого равен диаметру второй (последней) ступени ракеты-носителя, заключающийся в том, что головной обтекатель отстыковывают от второй ступени ракеты-носителя, вторую ступень ракеты-носителя стыкуют с первой ступенью ракеты-носителя, космический аппарат пристыковывают ко второй ступени ракеты-носителя, затем ко второй ступени ракеты-носителя пристыковывют головной обтекатель, охватывающий космический аппарат (см., например, «Использование ракеты-носителя «Космос-3М» для запуска МКА «Канопус-Вулкан», эскизный проект. Конструкторское бюро ФГУП ПО «Полет», 2003 г., л.59). Поставка головного обтекателя с завода-изготовителя на космодром в составе второй ступени ракеты-носителя объясняется малой поперечной жесткостью головного обтекателя.

Известен также способ горизонтальной сборки ракеты космического назначения, состоящей из первой и второй ступеней ракеты-носителя, космического аппарата и расширенного головного обтекателя (поперечный размер которого превышает диаметр второй ступени ракеты-носителя), состоящего из состыкованных между собой носовой и хвостовой частей, вертикальная плоскость стыка которых расположена в плоскости максимального поперечного сечения расширенного головного обтекателя, заключающийся в том, что расширенный головной обтекатель отстыковывают от второй ступени ракеты-носителя, вторую ступень ракеты-носителя стыкуют с первой ступенью ракеты носителя, ко второй ступени ракеты-носителя стыкуют расширенный головной обтекатель, отстыковывают носовую часть расширенного головного обтекателя от хвостовой части расширенного головного обтекателя, космический аппарат стыкуют со второй ступенью ракеты-носителя и к хвостовой части расширенного головного обтекателя стыкуют носовую часть расширенного головного обтекателя, охватывающую космический аппарат (см., например, «Использование СК11П865 и ТК11П565 для запусков серии крупногабаритных КА ракетой-носителем «Космос-3М» с увеличенным головным обтекателем с космодрома «Плесецк», инженерная записка, Конструкторское бюро транспортного машиностроения, 2003 г., л.36-37).

Поставка расширенного головного обтекателя с завода-изготовителя на космодром в составе второй ступени ракеты-носителя также объясняется малой поперечной жесткостью головного обтекателя.

Недостатком данного способа является то, что на практике после отстыковки носовой части расширенного головного обтекателя от ее хвостовой части, ввиду малой жесткости силовой конструкции расширенного головного обтекателя, происходит деформация форм торцевых шпангоутов носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя. При этом, ввиду различной жесткости силовых конструкций носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя, деформация формы торцевого шпангоута носовой части расширенного головного обтекателя отличается от деформации формы торцевого шпангоута хвостовой части расширенного головного обтекателя. Кроме того, изгибные перемещения торцевых шпангоутов носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя после их взаимной расстыковки также будут различными по величине, а в ряде случаев и по направлению. Возникающие неадекватные деформации формы расстыкованных торцевых шпангоутов носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя, а также неадекватные смещения их продольных осей приводят к тому, что, на практике, для обеспечения стыковки носовой части расширенного головного обтекателя к ее хвостовой части приходится производить многократное регулирование положения продольной оси носовой части расширенного головного обтекателя соответствующим перемещением опорных ложементов носовой части расширенного головного обтекателя, а некомпенсируемое (перемещением ложементов) несовпадение осевого положения стыковочных отверстий в торцевых шпангоутах носовой и торцевой частей расширенного головного обтекателя ликвидируется за счет создания бокового натяга в отдельных (по периметру стыковки) элементах крепления стыкуемых носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя. Процесс стыковки носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя из-за несовпадения положения их продольных осей и неадекватных искажений формы торцевых шпангоутов, на практике, весьма трудоемок и длителен. Кроме того, взаимная стыковка носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя с боковым натягом (по элементам крепления стыка) может привести к перенагружению торцевых стыковочных шпангоутов носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя и элементов их взаимного крепления, что, в свою очередь, может привести к нештатному функционированию (или даже разрушению) механических систем расширенного головного обтекателя (системы взаимного раскрытия продольных створок расширенного головного обтекателя и системы раскрытия поперечного стыка расширенного головного обтекателя при его отделении в полете от ракеты-носителя).

Задачей (целью) предлагаемого изобретения являются расширение функциональных возможностей (обеспечение возможности стыковки маложесткой носовой части расширенного головного обтекателя к ее маложесткой хвостовой части путем повышения жесткости стыка носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя) и повышение эксплуатационных характеристик (уменьшение времени на стыковку и трудоемкости стыковки носовой части расширенного головного обтекателя к ее хвостовой части, исключение при проведении этой стыковки возможности повреждения расширенного головного обтекателя) известного способа горизонтальной сборки ракеты космического назначения с расширенным головным обтекателем.

Поставленная цель в предлагаемом способе достигается тем, что перед отстыковкой носовой части расширенного головного обтекателя фиксируют положение состыкованных торцевых шпангоутов носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя по высоте и проводят взаимную фиксацию формы состыкованных торцевых шпангоутов носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя. После отстыковки носовой части расширенного головного обтекателя от хвостовой части расширенного головного обтекателя расфиксируют взаимное положение расстыкованных торцевых шпангоутов носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя. Перед стыковкой носовой части расширенного головного обтекателя к хвостовой части расширенного головного обтекателя фиксируют взаимное положение расстыкованных торцевых шпангоутов носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя. После стыковки носовой части расширенного головного обтекателя к хвостовой части расширенного головного обтекателя проводят расфиксацию формы состыкованных торцевых шпангоутов носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя и расфиксируют положение состыкованных торцевых шпангоутов носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя по высоте.

Устройство для реализации предлагаемого способа горизонтальной сборки ракеты космического назначения с расширенным головным обтекателем выполняется состоящим из рамы с ходовой частью, регулируемыми передним и задним ложементами, контактирующими с соответствующими опорными шпангоутами носовой части расширенного головного обтекателя, и технологического корсета, охватывающего расширенный головной обтекатель и закрепленного к заднему ложементу. Технологический корсет выполняется состоящим из состыкованных между собой базового и периферийного разъемных колец, контактирующих соответственно с наружными поверхностями торцевых шпангоутов носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя. Базовое и периферийное разъемные кольца выполняются состоящими из верхних и нижних полуколец, связываемых между собой механизмом раскрытия. На верхних и нижних полукольцах устанавливаются регулируемые упорные сегменты, контактирующие с наружными поверхностями торцевых шпангоутов носовой и хвостовой частей расширенного головного обтекателя. На верхнем и нижнем полукольцах базового разъемного кольца устанавливаются верхний и нижний конические направляющие штыри, контактирующие соответственно с верхним и нижним центровочными гнездами, выполненными на верхнем и нижнем полукольцах периферийного разъемного кольца соответственно.

Устройство, реализующее предлагаемый способ горизонтальной сборки ракеты космического назначения с расширенным головным обтекателем, поясняется на фиг.1-8.

На фиг.1 представлен общий вид предложенного устройства при подведенных к расширенному головному обтекателю нижних полукольцах технологического корсета.

На фиг.2 показано сечение А-А согласно фиг.1.

На фиг.3 изображен общий вид предложенного устройства перед отстыковкой носовой части расширенного головного обтекателя от хвостовой части последнего.

На фиг.4 представлено сечение Б-Б согласно фиг.3.

На фиг.5 показан общий вид предложенного устройства при расстыкованных носовой и хвостовой частях расширенного головного обтекателя.

На фиг.6 изображено сечение В-В согласно фиг.5.

На фиг.7 представлено сечение Г-Г согласно фиг.1.

На фиг.8 показан выносной элемент I согласно фиг.4.

Устройство для реализации предлагаемого способа состоит из рамы 1 (фиг.1) с ходовой частью 2 и регулируемыми передним 3 и задним 4 ложементами, контактирующими с опорными шпангоутами (на фиг. условно не показаны) носовой части 5 (фиг.3) расширенного головного обтекателя 6 (фиг.1). К заднему ложементу 4 закреплен технологический корсет 7 (фиг.1), охватывающий расширенный головной обтекатель 6 и состоящий из состыкованных между собой базового 8 (фиг.3) и периферийного 9 разъемных колец, контактирующих соответственно с наружными поверхностями 10 (фиг.4) и 11 (фиг.6) торцевых шпангоутов 12 (фиг.4) и 13 (фиг.6) носовой 5 и хвостовой 14 (фиг.3) частей расширенного головного обтекателя 6. Базовое 8 и периферийное 9 разъемные кольца состоят соответственно из верхних 15 (фиг.4) и 16 (фиг.6) и нижних 17 (фиг.4) и 18 (фиг.6) полуколец, связанных между собой механизмами раскрытия 19 (фиг.4) и 20 (фиг.6) соответственно. На верхних полукольцах 15 и 16 установлены регулируемые упорные сегменты 21 (фиг.4) и 22 (фиг.6) соответственно. На нижних полукольцах 17 и 18 установлены регулируемые упорные сегменты 23 (фиг.4) и 24 (фиг.6) соответственно. Регулируемые упорные сегменты 21, 22 контактируют соответственно с наружными поверхностями 10 и 11 торцевых шпангоутов 12 и 13 носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6. А регулируемые упорные сегменты 23, 24 контактируют соответственно с наружными поверхностями 10 и 11 торцевых шпангоутов 12 и 13 носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6. На верхнем 15 и нижнем 17 полукольцах базового разъемного кольца 8 установлены верхний 25 (фиг.5, 7) и нижний 26 (фиг.5) конические направляющие штыри, контактирующие соответственно с верхним 27 (фиг.7) и нижним 28 (фиг.5) центровочными гнездами, выполненными соответственно на верхнем 16 и нижнем 18 полукольцах периферийного разъемного кольца 9.

Реализация предлагаемого способа (в части отличительных признаков) предложенным устройством происходит в следующей технологической последовательности.

В исходном положении (перед отстыковкой носовой части 5 расширенного головного обтекателя 6 от хвостовой части 14 последнего) технологический корсет 7 закреплен к заднему ложементу 4, установленному на раме 1. При этом базовое 8 и периферийное 9 разъемные кольца закреплены между собой (верхний 25 и нижний 26 конические направляющие штыри базового разъемного кольца 8 введены соответственно в верхнее 27 и нижнее 28 центровочные гнезда периферийного разъемного кольца 9, базовое 8 и периферийное 9 разъемные кольца связаны между собой посредством элементов крепления 29 (фиг.1, 3). Верхние 15 и 16 полукольца базового 8 и периферийного 9 разъемных колец приподняты механизмом раскрытия 19, установленным на базовом разъемном кольце 8, относительно нижних полуколец 17 и 18 базового 8 и периферийного 9 разъемных колец.

Рама 1 с установленными на ней передним 3 и задним 4 ложементами подкатывается под расширенный головной обтекатель 6. При этом закрепленный к заднему ложементу 4 технологический корсет 7, верхние 15 и 16 и нижние 17 и 18 полукольца которого находятся в разведенном по высоте положении и попарно между собой связаны, охватывает расширенный головной обтекатель 6 (наличие гарантированного зазора между технологическим корсетом 7 и расширенным головным обтекателем 6 с целью исключения повреждения последнего определяется соответствующим выбором высоты взаимного разведения верхних 15 и 16 и нижних 17 и 18 полуколец).

После установки рамы 1 в продольном направлении передний 3 и задний 4 ложементы перемещением их в вертикальном направлении (механизмы перемещения на фиг. условно не показаны) подводятся к расширенному головному обтекателю 6 до их контакта с соответствующими опорными шпангоутами (на фиг. условно не показаны) расширенного головного обтекателя 6. Одновременно с вертикальным перемещением заднего ложемента 4 перемещается вверх и технологический корсет 7 до контакта его нижних полуколец 17 (фиг.2) и 18 с наружными поверхностями 10 и 11 торцевых шпангоутов 12 и 13 носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6. Посредством механизмов раскрытия 19 и 20 обеспечивается перемещение вниз (фиг.4) связанных между собой (верхними коническими направляющими штырями 25 и элементами крепления 29) верхних полуколец 15 и 16 базового 8 и периферийного 9 разъемных колец технологического корсета 7 до их контакта с наружными поверхностями 10 и 11 торцевых шпангоутов 12 и 13 носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6. Тем самым фиксируется положение состыкованных торцевых шпангоутов 12 и 13 носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6 по высоте.

После этого регулируемые упорные сегменты 23 и 24, установленные соответственно на нижних полукольцах 17 и 18, также перемещают до их контакта с наружными поверхностями 10 (фиг.2) и 11 торцевых шпангоутов 12 и 13 носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6. Затем регулируемые упорные сегменты 21 и 22, установленные соответственно на верхних полукольцах 15 и 16, также перемещаются (механизмы перемещения на фиг. условно не показаны) до их контакта (фиг.4, 8) с наружными поверхностями 10 и 11 торцевых шпангоутов 12 и 13 носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6. Тем самым технологический корсет 7 зафиксировал форму поперечного сечения состыкованных торцевых шпангоутов 12 и 13 (фактически путем повышения жесткости стыка) носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6. Установка базового 8 и периферийных 9 разъемных колец технологического корсета 7 на торцевые шпангоуты 12 и 13 расширенного головного обтекателя 6 обеспечивает сохранение формы поперечного сечения торцевых шпангоутов 12 и 13 расширенного головного обтекателя 6 после их расстыковки такими же, какими они были в состыкованном состоянии. Следует отметить, что для сохранения формы поперечного сечения торцевых шпангоутов 12 и 13 расширенного головного обтекателя 6 после их расстыковки жесткость базового 8 и периферийного 9 разъемных колец должна быть больше (примерно, на порядок), чем жесткость торцевых шпангоутов 12 и 13 расширенного головного обтекателя 6, и подбирается из условия обеспечения повторной стыковки торцевых шпангоутов 12 и 13 (с учетом допустимой несоосности стыковочных отверстий (на фиг. условно не показаны) носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6, на практике, составляющей величину примерно 0,5 мм).

Затем производится отстыковка (фиг.5) носовой части 5 расширенного головного обтекателя 6 от его хвостовой части 14. При этом за счет повышения жесткости расширенного головного обтекателя 6 путем установки на него технологического корсета 7 (базового 8 и периферийных 9 разъемных колец) формы образовавшихся при расстыковке носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6 поперечных торцевых сечений (формы поперечных сечений торцевых шпангоутов 12 и 13 в их расстыкованном состоянии) не меняются и остаются аналогичными той форме поперечного сечения стыка (форме поперечного сечения торцевых шпангоутов 12 и 13 в их состыкованном состоянии), которая была до расстыковки носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6.

Затем демонтируются элементы взаимного крепления 29 (в продольном направлении) базового 8 и периферийного 9 разъемного колец технологического корсета 7.

Рама 1 с установленной на ее переднем 3 и заднем 4 ложементах носовой частью 5 расширенного головного обтекателя 6 отводится от хвостовой части 14 расширенного головного обтекателя 6. При этом периферийное разъемное кольцо 9 технологического корсета 7 остается (прижатым) на торцевом шпангоуте 13 (фиг.6) хвостовой части 14 расширенного головного обтекателя 6 и не позволяет измениться (за счет повышения жесткости) форме поперечного сечения торцевого шпангоута 13 хвостовой части 14 расширенного головного обтекателя 6. Возможный изгиб (вверх) торцевого шпангоута 13 хвостовой части 14 расширенного головного обтекателя 6 после отстыковки (снятия нагрузки) носовой части 5 расширенного головного обтекателя 6 незначителен, учитывая малую консольность маложесткой хвостовой части 14 расширенного головного обтекателя 6 относительно плоскости стыка 30 (фиг.5) расширенного головного обтекателя 6 со второй ступенью 31 (фиг.5) (имеющей высокую жесткость). Тем не менее, для компенсации даже незначительного отклонения (изгиба) вверх торцевого шпангоута 13 хвостовой части 14 расширенного головного обтекателя 6 (возможного после расстыковки носовой части 5 расширенного головного обтекателя 6 от его хвостовой части 14) перед откреплением базового разъемного кольца 8 от периферийного разъемного кольца 9 возможно крепление нижнего полукольца 18 периферийного разъемного кольца 9 жесткой регулируемой стяжкой 32 (фиг.3, 5) к опорной тележке 33 второй ступени 31.

Форма поперечного сечения торцевого шпангоута 12 носовой части 5 расширенного головного обтекателя 6 не меняется ввиду ее фиксации базовым разъемным кольцом 8. Остается неизменным и положение носовой части 5 расширенного головного обтекателя 6 по высоте ввиду закрепления базового разъемного кольца 8 к заднему ложементу 4 рамы 1. (Это создает условия для обеспечения последующей пристыковки носовой части 5 расширенного головного обтекателя 6 к его хвостовой части 14).

Затем производится стыковка космического аппарата (на фиг. условно не показан) ко второй ступени 31.

После этого носовая часть 5 расширенного головного обтекателя 6, установленная на переднем 3 и заднем 4 ложементах рамы 1, подводится (перемещением рамы 1 на ходовой части 2) к хвостовой части 14 расширенного головного обтекателя 6. При этом верхний 25 и нижний 26 конические направляющие штыри базового разъемного кольца 8 входят соответственно в верхнее 27 и нижнее 28 центровочные гнезда периферийного разъемного кольца 9, тем самым фиксируя взаимное положение расстыкованных торцевых шпангоутов 12 и 13 носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6. Затем базовое 8 и периферийное 9 кольца крепятся между собой элементами крепления 29, образуя технологический корсет 7.

Тем самым торцевые шпангоуты 12 и 13 носового 5 и хвостового 14 отсеков расширенного головного обтекателя 6 совмещены по высоте и имеют одинаковую форму поперечного сечения, что является необходимым условием для обеспечения стыковки носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6.

Затем носовая часть 5 расширенного головного обтекателя 6 пристыковывается к его хвостовой части 14 (элементы крепления на фиг. условно не показаны).

Жесткая регулируемая стяжка 32 открепляется от нижнего полукольца 18 периферийного разъемного кольца 9.

После этого регулируемые упорные сегменты 21 и 22, установленные соответственно на верхних полукольцах 15 и 16, отводятся от наружных поверхностей 10 и 11 торцевых шпангоутов 12 и 13 носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6. Посредством механизмов раскрытия 19 и 20 обеспечивается отведение (перемещение вверх) связанных между собой (верхними коническими направляющими штырями 25 и элементами крепления 29) верхних полуколец 15 и 16 базового 8 и периферийного 9 разъемного колец технологического корсета 7 от наружных поверхностей 10 и 11 торцевых шпангоутов 12 и 13 носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6. Регулируемые упорные сегменты 23 и 24, установленные соответственно на нижних полукольцах 17 и 18, отводятся от наружных поверхностей 10 и 11 торцевых шпангоутов 12 и 13 носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6.

Передний 3 и задний 4 ложементы рамы 1 перемещением их в вертикальном направлении отводятся (механизмы перемещения на фиг. условно не показаны) от расширенного головного обтекателя 6 (от соответствующих опорных шпангоутов (на фиг. условно не показаны) расширенного головного обтекателя 6). Одновременно с вертикальным перемещением заднего ложемента 4 перемещается вниз и закрепленный к нему технологический корсет 7. При этом состыкованные между собой нижние полукольца 17 и 18 отводятся от наружных поверхностей 10 и 11 торцевых шпангоутов 12 и 13 носовой 5 и хвостовой 14 частей расширенного головного обтекателя 6. Исключение повреждения расширенного головного обтекателя 6 при опускании заднего ложемента 4 достигается тем, что высота взаимного разведения верхних 15 и 16 и нижних 17 и 18 полуколец базового 8 и периферийного 9 разъемных колец технологического корсета 7 превышает вертикальный ход (перемещение) заднего ложемента 4.

Затем рама 1 с закрепленным на ее заднем ложементе 4 технологическим корсетом 7 (при разведенном положении верхних 15 и 16 и нижних 17 и 18 полуколец) откатывается от расширенного головного обтекателя 6.

Далее производится подготовка ракеты космического назначения по ее штатной технологии.

Следует отметить, что:

- отстыковка расширенного головного обтекателя 6 от второй ступени 31 (ракеты-носителя) после доставки ее на космодром с завода-изготовителя производится при взаимно разведенных и попарно связанных между собой верхних 15 и 16 и нижних 17 и 18 полукольцах технологического корсета 7 (аналогично производится и пристыковка расширенного головного обтекателя 6 ко второй ступени 31 (ракеты-носителя), выполняемая до пристыковки ко второй ступени 31 (ракеты-носителя) космического аппарата (на фиг. условно не показан);

- пристыковка носовой части 5 расширенного головного обтекателя 6 к ее хвостовой части 14 проводится после стыковки космического аппарата (на фиг. условно не показан) ко второй ступени 31 (ракеты-носителя);

- под ракетой космического назначения понимается сборка в составе: первая и вторая ступени ракеты-носителя плюс космический аппарат плюс расширенный головной обтекатель.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство его реализации имеют существенные отличия и позволяют расширить функциональные возможности и повысить эксплуатационные характеристики известных способов горизонтальной сборки ракеты космического назначения с расширенным головным обтекателем и устройств для их реализации.