Семейство разгонных блоков “Д”

Блок Д

Семейство разгонных блоков Д — семейство разгонных блоков (верхних ступеней), происходящих от разгонного Блока «Д» — пятой ступени космического ракетного комплекса Н1-Л3, предназначенного для полёта на Луну советских космонавтов. Используют в качестве топлива пару жидкий кислород — керосин, при этом допускается заправка синтином без переделки конструкции.

История создания

В составе штатного комплекса блок Д отвечал за перевод связки ЛК-ЛОК с траектории перелёта на окололунную орбиту, за перевод ЛК с окололунной орбиты на посадочную траекторию, а также за коррекции при перелёте (блоки А, Б и В — первые три ступени ракеты Н-1, выводившие комплекс на низкую околоземную орбиту, блок Г разгонял экспедицию к Луне). Поэтому максимальное число запусков двигателя блока Д (он имеет индекс 11Д58, или РД-58 в некоторых источниках) было равно семи, а время жизни блока Д было равно 7 суткам. Для этого кислородный бак имел форму сферы и был снабжён теплоизоляцией. Кроме того, он заправлялся охлаждённым до −200 °C кислородом (температура кипения −183 °C), что позволяло дополнительно уменьшить потери на испарение, и, вдобавок, увеличивало плотность жидкого кислорода, экономя необходимый объём бака. Бак керосина имел тороидальную форму, и был наклонён на 3 градуса, для упрощения конструкции топливозаборника. Тяга двигателя 11Д58 составляла 8,5 тонны.

Применение

В связи с неготовностью ракеты Н-1 было принято решение о программе облёта Луны без высадки с помощью ракеты УР-500К. Для этого был разработан космический корабль 7К-Л1, заимствовавший часть систем с орбитального корабля 7К-ОК, известного, как «Союз». Чтобы придать кораблю необходимую скорость, трёхступенчатая УР-500К была снабжена четвёртой ступенью — блоком Д, заимствованным с ракеты Н-1.

Под названиями «Зонд-5» — «Зонд-8» корабль 7К-Л1 четырежды облетал Луну, но без космонавтов («Зонд-4» был запущен в противоположную от Луны сторону на высокоэллиптическую орбиту с высотой апогея около 330 000 км).

Ракета УР-500К, получившая имя «Протон», вместе с блоком Д и дальше использовалась для запуска лунных станций “Луна-15″…”Луна-24”, и межпланетных станций “Венера-9″…”Венера-16”, “Марс-2″…”Марс-7”, “Вега” и “Фобос”. В 1974 году начались полёты и на геостационарную орбиту для вывода спутников связи «Горизонт», «Радуга», «Экран».

Требования, предъявлявшиеся к блоку Д в составе лунного комплекса, не вполне соответствовали тому, что было нужно для АМС и спутников связи. В результате была предпринята модификация, направленная на повышение грузоподъёмности и снижения стоимости блока Д. Модифицированный разгонный блок, названный ДМ, имел время активного существования всего 9 часов, и количество запусков двигателя было ограничено тремя. Это позволило избавиться от теплоизоляции на баке кислорода, и части блоков системы обеспечения запуска СОЗ.

В связи с различными требованиями, предъявляемыми разнообразными полезными нагрузками, были разработаны и другие модификации — ДМ-2, ДМ-3. Для работы в составе комплекса “Зенит-3SL” была разработана модификация ДМ-SL. Кроме керосина, блок ДМ может использовать в качестве горючего синтетический углеводород синтин, что увеличивает удельный импульс его двигателя с 358 до 361 единицы.

Использование блока ДМ на ракете «Протон» подходит к концу — он заменяется блоком “Бриз-М”, но в программе Морской старт блок ДМ-SL (а в программе «Наземный старт» используется ДМ-SLB) будет использоваться и дальше. Это связано с тем, что Бриз-М использует те же компоненты топлива, что и ракета «Протон», а Блок ДМ, наоборот, соответствует ракете «Зенит». Интересно, однако, что для выведения спутников ГЛОНАСС-М (Ураган-М) на круговые орбиты высотой около 20000 км блок ДМ обеспечивает более высокую точность выведения, чем Бриз-М, и поэтому его использование на ракете «Протон-М» прекратится, видимо, только после окончательной замены спутников «Ураган-М» (ГЛОНАСС-М) на новые негерметичные аппараты ГЛОНАСС-К, лётные испытания которых начались в феврале 2011 года. Тем не менее, 5 декабря 2010 был осуществлён первый запуск новой модификации блока ДМ (11С861-03) с увеличенной заправкой и большей грузоподъёмностью. Блок ДМ-03 был использован для запуска тройки спутников ГЛОНАСС-М, при этом вывод на орбиту завершился неудачно.

Отношение к выводу из эксплуатации блока ДМ несколько изменилось после аварий РБ «Бриз-М» в 2006 году при запуске «Арабсат-4А» и в 2008 году при запуске АМС-14, и, возможно, блок ДМ останется в эксплуатации для подстраховки и как опция для коммерческих заказчиков.

Разгонный блок ДМ-SL установил 19 августа 2012 года рекорд по точности выведения при запуске. В настоящее время (на 20 августа 2012) является единственным блоком семейства Д разрешенным к применению.

Модификации

Блок Д (11С824)

Прототипом данного блока, является блок Д, разработанный ОКБ-1, в качестве пятой ступени комплекса Н1-Л3, части советской лунно-посадочной пилотируемой программы.

На блоке «Д» комплекса Л3 устанавливался двигатель 11Д58 разработки ОКБ-1. Двигатель 11Д58, выполненный по замкнутой схеме, впервые должен был обеспечивать многократный запуск в условиях космического пространства и невесомости с помощью раскрутки бустерного бакового турбонасосного агрегата окислителя сжатым газом из автономной газобаллонной секции пневмогидросистемы пуска блока «Д». В процессе пневмозапуска насос окислителя создавал значительный напор (около 10 кг/см²), что обеспечивало надёжное заполнение неохлажденного тракта окислителя жидким кислородом и начальный уровень расхода газогенераторного газа через турбину основного ТНА, необходимые для выхода двигателя на нормальный режим. Такая схема обеспечивала минимальные потери кислорода на захолаживание ДУ. Для уменьшения теплового притока к окислителю (переохлажденный кислород с температурой до −193°С) была принята сферическая форма бака окислителя с экранно-вакуумной теплоизоляцией, а все соединения выполнены с помощью тепловых мостов. Бак горючего, внутри которого располагался двигатель, имел форму тора. На блоке впервые были применены технические решения, которые впоследствии стали классическими в ракетной технике (например, использование баковых преднасосов, входящих в состав двигателя, и хранение гелия в баллонах, погруженных в жидкий кислород, и др.)

ДМ (11С86)

Модификация блока «Д», разработанная для выведения на геостационарную орбиту спутников связи и телевидения, разработки КБ ПМ (Главный конструктор М. Ф. Решетнёв).

Спутники связи не имели аппаратуры управления ракетным блоком, поэтому блок «Д» был оснащен самостоятельной системой управления, расположенной в герметичном приборном отсеке тороидальной формы, в котором также размещалась аппаратура телеметрии и командной радиолинии. Приборный отсек был установлен на специальной ферме над баком окислителя и имел систему терморегулирования. На блоке «Д» был установлен двигатель 11Д58М, разработанный в НПО «Энергия» под руководством Б. А. Соколова. Данный двигатель серийно изготавливается на Воронежском механическом заводе.

Модифицированный разгонный блок имел время активного существования 9 часов, и количество запусков двигателя было ограничено тремя. В настоящее время используются разгонные блоки моделей ДМ-2, ДМ-2М и ДМ-03 производства РКК «Энергия», у которых количество включений было увеличено до 5.

Разработка

Разработка блока «ДМ» началась в 1969 году. Блок этой модификации с 3 августа 1973 г. по 30 июля 1975 г. прошёл шесть огневых испытаний, в процессе которых блок заправлялся по два-три раза, а двигатель включался по 4-5 раз. Эксплуатируется с РН «Протон» с 1974 г.

Характеристики:

• Сухая масса разгонного блок «ДМ» — 3420 кг,
• Масса отделяемых в полёте элементов — 1090 кг;
• Массу КА, выводимых на ГСО, — до 2600 кг;
• Заправляемый запас компонентов топлива — 15050 кг;
• Длина — 6280 мм
• Ширина (диаметр) — 3700-4100 мм
• Тяга двигателя 11Д58М в пустоте — 8550 кгс
• Удельная тяга (в пустоте) — 361 с

Блок «ДМ» состоит из: маршевого двигателя; двух двигательных установок стабилизации и ориентации; сферического бака окислителя; тороидального бака горючего; приборного отсека; аппаратуры командно-измерительного комплекса; отделяемых в полете нижнего и среднего переходников. Подтвержденная надежность двигателя 0,997 при доверительном уровне 0,9. Каждый двигатель проходит контрольные испытания без переборки с использованием прогрессивных средств диагностирования технического состояния.

Коммерческие блоки на базе ДМ

Разработка коммерческих блоков на базе блока ДМ началась в 1993 году. Коммерческие блоки получили обозначение в виде двух исходных букв ДМ и номера модификации. В конструкторской документации этот номер пишется сразу после букв ДМ без пробела, в отличие от официальных названий блоков, принятых военно-космическими силами (ВКС). В официальных названиях исходные буквы и номер модификации пишутся через дефис (Д-2, ДМ-2, ДМ-2М). Существование двух систем похожих обозначений породило немало путаницы.

Сначала каждый РБ проектировался под конкретную полезную нагрузку. Это объяснялось небольшим количеством контрактов на коммерческие запуски с помощью РН «Протон-К», ограниченных квотой в пять пусков. В порядке заключения контрактов блоки получили обозначения: для КА “Inmarsat 3” — ДМ1, для трёх пусков КА “Iridium” — ДМ2, для КА “Astra IF” — ДМ3 и для КА “Tempo FM1” — ДМ4. В связи с тем, что крепление семи КА “Indium” требовало установки диспенсера большого диаметра, в качестве прототипа блока ДМ2 был взят не 11С861, а ещё не использовавшийся тогда РБ 17С40. На этом блоке верхняя силовая ферма, на которой крепится адаптер системы разделения, имеет больший диаметр, чем на блоках серии 11С861.

ДМ-2 (11С861)

Блок ДМ-2 использует однокамерный двигатель 11Д58M на компонентах топлива жидкий кислород – керосин. Первый запуск блока ДМ-2 состоялся 12 октября 1982 года, когда на близкую к круговой орбиту были выведены два первых спутника серии «Ураган» и габаритно-весовой макет третьего спутника.

ДМ-2М (ДМ-2-01, 11С861-01)

Блок ДМ-2М имеет повышенные энергетические характеристики и использует двигатель 11Д58С. Эта модификация ДУ в качестве горючего использует синтетический керосин (синтин). Новая модификация блока 11С861-01 впервые использовалась 20 января 1994 года. Этот блок отличается от своего предшественника уменьшением в некоторых местах числа слоев теплоизоляционного покрытия, изменениями в системе управления и пр. За счет этого масса блока снизилась на 120 кг. Массу же выводимых на стационарную орбиту аппаратов удалось поднять до 2500 кг. Разгонный блок 11С861-01 использовался для выведения российских спутников «Экспресс». Разгонный блок ДМ2 успешно вывел международную астрофизическую обсерваторию «Интеграл». 25 декабря 1997 года КА Asiasat-3 не был выведен на заданную орбиту из-за неисправности РБ ДМ-2М.

ДМ-3

ДМ-3 — коммерческий вариант блока ДМ, изначально предназначавшийся для вывода КА типа “Astra IF”. Разгонным блоком ДМ-3 было успешно выведено множество иностранных коммерческих спутников.

ДМ-4

ДМ-4 — коммерческий вариант блока ДМ, изначально предназначавшийся для вывода КА типа “Tempo FM1”.

ДМ-5

Модификация блока ДМ, разработанная для выведения на орбиту тяжёлых космических аппаратов серии “Аракс”.

ДМ-SL

ДМ-SL — модификация блока ДМ, предназначавшаяся в качестве разгонного блока РН «Зенит-3SL», которая используется для запусков по проекту Sea Launch. Считается одним из самых «точных» разгонных блоков.

Блок ДМ-SL создан на основе РБ 315ГК, разработанного в РКК «Энергия» в 1980-х годах для РН «Зенит-3». Первый лётный блок ДМ-SL успешно выполнил свою задачу во время демонстрационного запуска РН «Зенит-3SL». Блоки ДМ-SL выпускаются с 1997 года параллельно с РБ ДМ3. В будущем невостребованные блоки серии ДМ3 тоже могут быть переделаны в РБ ДМ-SL.

Характеристики:

• Масса конструкции полностью собранного блока, т — 3,5
• Заправляемый запас топлива, т — 15,1
• Тяга маршевого двигателя 11Д58М в вакууме, тс — 8,0
• Количество включений маршевого двигателя — до 5
• Масса ПГ, выводимого на ГСО, т — 2,5

ДМ-SLБ

ДМ-SLБ — модификация ДМ-SL, переработанная специально для РН «Зенит-3SLБ», используемой для запусков с космодрома Байконур по проекту «Наземный старт». Впервые был использован при запуске спутника «Амос-3» в 2008 году.

Характеристики:

• Масса конструкции полностью собранного блока, т — 3,22
• Заправляемый запас топлива, т — 14,58
• Тяга маршевого двигателя в вакууме, тс — 8,103
• Количество включений маршевого двигателя — до 3

Характеристики

По материалам Wikipedia