Реферат: ОК Буран

В качестве начального этапа практического использования ОК "Буран" для научных

исследований планировалась постановка и проведение на его борту уже во время

второго полета экспериментов по исследованию мик­роатмосферы, микроускорений и

характеристик излучений с помощью научной аппаратуры многоразового

использования. Это направление оце­нивалось как весьма значительное, особенно

при комплексном решении научно-исследовательских и технических задач.

Уникальные энергетиче­ские возможности ОК "Буран" (до 60 кВт), уровень

микрогравитации (10-4...10-5g) и другие характеристики

функционирования на орбите, а также возможность возвращения и многократного

использования оборудования позволили организовать на борту промышленное

производство и дос­тавку на Землю биопрепаратов и полупроводниковых материалов

высо­кой стоимости. Проектные исследования этого направления на основе

конкретных биоустановок ("Рекомб-2", "Ручей-2", "Поток") и технологи­ческих

установок ("Кратер-АГ", "Малахит") показали целесообразность его реализации уже

в ходе летных испытаний.

В результате этих разработок и исследований были разработаны прин­ципы и

научно-технические направления создания и эксплуатации любых многоразовых

космических аппаратов.

Разработкой и исследованиями целевого применения ОК "Буран" занима­лись

В.Г.Алиев, Б.И.Сотников, П.М.Воробьев, В.Ф.Садовый, А.В.Егоров,

С.И.Александров, Н.А.Брюханов, В.В.Антонов, В.И.Бержатый, О.В.Митичкин,

Ю.П.Улыбышев и др.

Попытка запуска МТКК "Буран" 29 октября 1988 года.

---------- СООБЩЕНИЕ ТАСС ----------

На заключительном этапе предстартовой подготовки ракеты-носителя "Энергия" с

орбитальным кораблем "Буран" возникли отклонения в ра­боте одной из систем

обеспечения пуска. В связи с этим автоматически была выдана команда на

прекращение дальнейших работ. В настоящее время ведется устранение возникших

замечаний. О дате и времени старта будет сообщено дополнительно.

Что же произошло?

За 51 секунду до старта одна из площадок обслуживания (отмечена на ри­сунке

справа) не отошла от ракеты-носителя. Точнее, время отвода пло­щадки

превысило допустимое, и сигнал об успешном завершении опера­ции отвода не

поступил на ЭВМ, проверяющую пусковую готовность всех систем. Эта площадка до

последних секунд держит платформу при­целивания, регулирующую гироскопы.

Автоматика после опроса всех сигналов не нашла отзыв этого концевика и

мгновенно дала "стоп» про­грамме пуска.

Специальная комиссия установила, что стартовое сооружение с его пло­щад­кой

не при чем. Она выяснила, что блок приборов платформы прице­ливания,

отстыковывался от ракеты почти 40 секунд вместо 3. Ферма же, обязанная

отвести блок после его отстыковки, не получила на это ко­манду и согласно

программе осталась на месте, так как автоматика вы­дала старту общий отбой.

ПОЛЕТ

К этому полету готовились более 12 лет. И еще 17 дней из-за отмены старта 29

октября 1988г.,

когда за 51 с. до него не прошло нормальное отведение площадки с при­борами

прицеливания и была выдана команда на отмену старта. А затем слив компонентов

топлива, профилактика, выявление причин отказа и их устранение. "Не

торопиться! - предупреждал председатель Государствен­ной комиссии

В.Х.Догужиев. - Прежде всего, безопасность!» Все проис­ходило на глазах

миллионов телезрителей... Очень высоко напряжение ожидания...

Задачей первого полета МРКК «Энер­гия-Буран» были продолжение лет­ной

отработки РН «Энергия» и проверка функционирования конструкции и бортовых

систем ОК «Буран» на наи­более напряженных участках по­лета (выведение и

спуск с орбиты) с мини­мальной длительностью орби­тального участка. Из

соображений безопасности первый испытательный полет ОК «Бу­ран» был определен

как беспилотный, что традиционно для отечественной космонавтики, с полной

автоматиза­цией всех динамиче­ских операций вплоть до рулежки по ВПП.

Первый беспилотный полет ОК «Бу­ран» был запланирован не­продолжи­тельным:

два витка, или 206 минут полета. В соответствии с его задачами и программой

были задействованы состав и ре­жимы работы бортовых и назем­ных систем.

Наземный комплекс управления, мозговым центром которого яв­ляется ЦУП, в

первом полете ОК «Буран» задействовал шесть на­земных станций слежения,

четыре плавучие станции и систему связи и передачи данных, состоящую из сети

наземных и спутниковых широкополосных и теле­фонных каналов связи.

Космодром Байконур 15 ноября 1988 г. На старте МРКК «Энер­гия-Бу­ран».

Циклограмма пред­стартовой подготовки проходит без замечаний. Но погодные

условия ухуд­шаются. Председатель Государственной ко­миссии получает

очеред­ной доклад метеорологической службы с прогно­зом: «Штормовое

преду­преждение». Учитывая важность момента, синоп­тики потребовали

пись­менно подтвердить получение тревожного про­гноза. В авиации посадка -

самый ответственный этап полета, особенно в сложных метеорологиче­ских

условиях. ОК «Буран» не имеет двигателей для полета в атмосфере, в первом

полете на его борту не было экипажа, а посадка предусматрива­лась с первого и

единственного захода. Специали­сты, создавшие ОК «Бу­ран», заверили членов

Государственной комиссии, что они уверены в ус­пехе: для системы

автоматической посадки этот слу­чай не предельный. Решение на пуск было

принято.

В 6 часов 00 минут по московскому времени МРКК «Энергия-Буран» от­рывается от

стартового стола и почти сразу же уходит в низкую облач­ность. Проходит 8

минут участка выведения. В 6 ч 08 минут 03 секунды завершается работа РН, и

ОК «Буран» начинает первый самостоятельный полет. Высота над поверхностью

Земли составляет около 150 км, и, как это предусмотрено баллистической схемой

полета, выполняется довыве­дение ОК на орбиту собственными средствами. В

течение последующих 40 минут проводятся два маневра довыведения ОК на рабочую

орбиту на­клонением 51,6 и высотой 250...260 км. Параметры этих маневров

(вели­чину, направление и момент отработки импульса ОДУ) автоматически

рассчитывает БЦВК в соответствии с заложенными полетным заданием и реальными

параметрами движения на момент отделения от РН.

Первый маневр происходит в зоне связи наземных станций слежения, второй - над

Тихим океаном. Передача телеметрической информации о втором маневре проходит

по трассе «ОК - плавучая станция слежения в Тихом океане - стационарный

спутник связи - ретрансляционная станция «Орбита» в Петропавловске-Камчатском

- высокоэллиптический спутник связи - подмосковный ретрансляционный пункт -

ЦУП» протяженностью более 120000 км.

Вне участков маневров для соблюдения теплового режима ОК движется в

орбитальной ориентации левым крылом к Земле. Правильность заданной ориентации

подтверждается как принимаемой телеметрической информа­цией, так и

«картинкой» с бортовой телекамеры, размещенной по про­дольной оси ОК за

остеклением кабины. Четко работает командная ра­диолиния, исполняются

передаваемые из ЦУП команды на управление телеметрической и телевизионной

системами ОК.

Наступает одна из завершающих операций - перезагрузка оперативной памяти БЦВК

для работы на участке спуска и перекачка топлива из носо­вых баков в кормовые

для обеспечения посадочной центровки.

Проходит полтора часа полета, БЦВК рассчитывает и сообщает в ЦУП параметры

тормозного маневра для схода с орбиты.

Уточненные данные о скорости и направлении ветра передаются на борт и

закладываются в банк данных системы. ОК стабилизируется кормой вперед и

вверх. В 8 часов 20 минут в последний раз включается марше­вый двигатель и

отрабатывает заданную величину скорости. ОК начинает снижаться и через 30 мин

«цепляет» атмосферу. За время снижения до высоты 100 км реактивная система

управления развернула ОК носом впе­ред, и, «протиснувшись» в узкую щель

ограничений, он входит в атмо­сферу. В 8 часов 53 минут на высоте 90 км с ним

прекращается связь из-за плазменных образований. Движение ОК в плазме более

чем в три раза продолжительнее, чем при спуске одноразовых космических

кораблей типа «Союз», и по расчету составляет 16...19 минут.

В 9 часов 11 минут, когда ОК находился на высоте 50 км, стали поступать

доклады: "Есть прием телеметрии!", "Есть обнаружение корабля средст­вами

посадочных локаторов!", "Системы корабля работают нормально!". В этот момент

он находился в 550 км от ВПП, и, хотя его скорость умень­шилась, она все же в

10 раз превышала скорость звука. До посадки оста­валось чуть больше 10

минут...

"Буран" пришел в прицельную зону - на рубеж 20 км - с минимальными

отклонениями, что было весьма кстати при посадке в плохих погодных условиях.

Реактивная система управления и ее исполнительные органы отключились, и

только аэродинамические рули, задействованные еще на высоте 90 км, ведут ОК к

следующему ориентиру – ключевой точке.

Интенсивно гасится в атмосфере скорость. Полет проходит строго по рас­четной

траектории снижения, на контрольных дисплеях ЦУП его отметка смешается к ВПП

посадочного комплекса практически в середине допус­ти­мого коридора возврата.

"Буран" приближается к аэродрому не­сколько правее оси посадочной полосы, все

идет к тому, что он будет "рассеивать" остаток энергии на ближнем «цилиндре».

Так думали специа­листы и лет­чики-испытатели, дежурившие на объединенном

командно-диспетчер­ском пункте. Включаются бортовые и наземные сред­ства

ра­диомаячной системы. После отметки 10 км "Буран" летит, можно сказать, по

знакомой дороге, проторенной летающей лабора­торией Ту-154ЛЛ и аналогом ОК.

Схема полета ОК "Буран":

1 - старт; 2 - отделение разгонных бло­ков первой ступени; 3 - отделение

раз­гонного блока второй ступени от ОК "Буран"; 4 - точки включения

двигате­лей системы орбитального маневри­ро­вания; 5 - рабочая орбита; 6 -

траекто­рия спуска

На объединенном командно-диспетчер­ском пункте (ОКДП) высшая сте­пень

напряжения: "Буран" круто изменил курс и летит почти поперек оси ВПП. В чем

дело? Проанализировав си­туацию, служба управления докла­дывает: "Все в

порядке! Система не ошиблась, а просто на сей раз оказа­лась "ум­нее".

"Буран" будет заходить на полосу не левым кругом, как предполага­лось, а

правым. Выход в клю­чевую точку проходит по опти­мальной для данных начальных

условий траектории при практически предельном встречно-боковом ветре.

Волнение на ОКДП уменьшилось. Орбитальный корабль, совершив "свой" маневр,

погасил энергию, пре­одолел все встре­тившиеся ему воз­мущения на "цилиндре

выверки курса" и правым вира­жом вышел в клю­чевую точку.

Еще на высоте около 7 км, несмотря на сложности целеуказания, на сближение с

"Бураном" вылетел самолет сопровождения МиГ-25, пило­тируемый летчиком-

испытателем М.Толбоевым. Благодаря искусству пи­лота на экране уверенно

наблюдалось четкое телевизионное изображение корабля - целого и как будто

невредимого. На высоте 4 км - выход на по­садочную глиссаду. Изображение в

ЦУП начинают передавать аэродром­ные телекамеры. Еще минута - и выпуск

шасси...

И в 9 часов 24 минуты 42 секунды после выполнения орбитального по­лета и

прохождения почти 8000 км в верхних слоях атмосферы, опережая всего на 1

секунду расчетное время, "Буран", борясь с сильным встречно-боковым ветром,

мягко коснулся взлетно-посадочной полосы и после не­большого пробега в 9

часов 25 минут 24 секунд замер в ее центре. Над ним, прощаясь, пронесся

самолет сопровождения... Необычно красивая, правильная и изящная посадка 80-

тонного корабля! Просто не верится, что полет беспилотный. Кажется, что самый

хороший летчик не смог бы посадить "Буран" лучше. Везде, где специалисты и

просто причастные к этому полету люди наблюдали посадку "Бурана", взрыв

эмоций. Огром­ное напряжение, с которым велась подготовка первого полета,

усиленное к тому же предшествующей отменой старта, нашло свой выход.

Нескры­ваемая радость и гордость, восторг и смятение, облегчение и огромная

усталость - все можно было видеть на лицах в эти минуты. Так сложи­лось, что

космос считается технологической витриной мира. И эта по­садка позволила

людям на ВПП возле остывающего "Бурана" или у экра­нов телевизоров в ЦУП

вновь ощутить необычайное по остроте чувство национальной гордости, радости.

Радости за свою державу, мощный ин­теллектуальный потенциал нашего народа.

Большая, сложная и трудная работа сделана! После останова "Бурана" на ВПП в

течение 10 минут кон­тролируется приведение бортовых систем в исходное

состояние и их вы­ключение. По просьбе группы послеполетного обслуживания из

ЦУП че­рез спутник связи выдается последняя команда на борт: системы корабля

обесточены. Все! Программа первого испытательного полета выполнена полностью!

СХЕМА ПОЛЕТА НА УЧАСТКЕ ПОСАДКИ ОК "БУ­РАН".

После завершения орбитального полета происходит торможение орби­тального

корабля (ОК) с помощью двигателей орбитального маневриро­вания (ДОМ) и

переход на траекторию схода с орбиты с учетом входа в атмо­сферу под углом

атаки a=39 , обеспечивающим допустимый тепло­вой режим. По достижении

условной границы атмосферы на высоте 100 км начинается участок спуска ОК.

С помощью управляющих двигателей (УД) ОК разворачивается по крену таким образом, чтобы уменьшить боковую дальность до взлетно-поса­дочной полосы (ВПП) посадочного комплекса (ПК). В начале спуска, ко­гда отсутствует управление продольной дальностью полета, ОК движется с постоянным скоростным углом крена, при этом углы атаки, скольжения и крена стабилизируются с помощью 20 УД, размещенных в хвостовой части фюзеляжа (в двух кормовых блоков), а после входа в атмосферу - аэродинамическими органами управления (элевонами, работающими в режиме руля высоты и в режиме элевонов, и балансировочным щитком).

В начале спуска аэродинамические органы управления обеспечивают только

балансировку ОК, а при достижении скоростным напором значе­ния q=10 кг/м2

подключаются и к управлению угловым движением, при­чем по мере возрастания

эффективности аэродинамических органов управления и скоростного напора они

постепенно берут на себя функции управляющих двигателей. Для минимизации

расхода топлива УД отклю­чаются при q=50 кг/м2 в канале крена и при

q=100 кг/м2 в продольном ка­нале.

При достижении продольной перегрузкой заданного значения начинается участок

спуска с управлением дальностью, при этом на основе прогноза движения ОК

отыскивается "попадающая" в район ВПП ПК траектория, на которой

прогнозируемая дальность спуска равна оставшейся дальности при выполнении

ограничений по нагреву, скоростному напору и пере­грузкам.

Специальный алгоритм управления вырабатывает командное значение скоростного

угла крена, обеспечивающее движение ОК по траектории, близкой к "попадающей".

Для того чтобы не допустить больших ошибок по курсу, при заданном

рассогласовании по курсу выдаются команды на смену знака командного значения

угла крена, т. е. команды на развороты по крену.

При достижении скорости, соответствующей М=12, угол атаки посте­пенно

уменьшается с 39 до 10 к концу участка спуска, что позволяет уве­личить

аэродинамическое качество ОК. Начиная с М=10 для обеспечения необходимой

балансировки и увеличения устойчивости движения рас­крываются створки

воздушного тормоза, угол раскрытия которых до ско­рости, соответствующей М не

менее 0.8, изменяется по заданной про­грамме. При М=5 становится достаточно

эффективным руль направления, с помощью которого осуществляется балансировка

в боковом канале с переходом при скорости, соответствующей М не более 3, в

режим управ­ления. УД рыскания работают на спуске до высоты 20 км - начала

участка предпосадочного маневрирования, к моменту которого выполняются

ог­раничения на координаты, величину и направление вектора скорости ОК: ОК

должен находиться в кольце на расстоянии L=(32 13) км, изме­ряемом по

касательной к цилиндру рассеивания энергии (ЦРЭ), иметь скорость (520 60)

м/с, направление вектора которой должно совпадать с касатель­ной к ЦРЭ

(восточному или западному) с допустимой ошибкой не более 15 (см. схему

предпосадочного маневрирования). Восточный или запад­ный ЦРЭ выбирается в

зависимости от направления ветра на ВПП так, чтобы обеспечить полет ОК на

заключительном участке траектории в ус­ловиях встречного ветра.

Схема предпо­садочного ма­неврирования:

1 - западный ЦРЭ;

2 - штатная об­ласть приведе­ния на высоту Н=20 км при на­целивании на

за­падный ЦРЭ;

3 - то же на вос­точный ЦРЭ;

4 - восточный ЦРЭ;

5 - восточный ЦВК;

6 - взлетно-посадочная полоса;

7 - западный ЦВК;

8 - траектория полета ОК;

АН - спираль отворота;

НЕ - спираль поворота;

ЕС - касательная к ЦВК;

CG - дуга окружности ЦВК;

GK - финишная прямая;

КТ - ключевая точка

Красным пунктиром показана траектория захода на посадку в первом полете.

Задачей предпосадочного маневрирования является выведение ОК к на­чалу

траектории захода на посадку в ключевую точку (КТ), расположен­ную на высоте

4 км в вертикальной плоскости, проходящей через ось ВПП, с ориентацией в ней

(в плоскости) вектора скорости. Параметры движения ОК в КТ жестко ограничены

по координатам, скорости, углу наклона траектории и отклонению от посадочного

курса. Их реализация достигается схемой движения, обеспечивающей соответствие

между рас­полагаемой энергией ОК и энергией, потребной для приведения его в

КТ. Энергия регулируется изменением длины траектории и программного

скоростного напора (управление аэродинамическим качеством), а в доз­вуковой

области - еще и изменением угла раскрытия воздушного тор­моза. Управление

движением ОК осуществляется формированием в на­чале участка предпосадочного

маневрирования в соответствии с текущим состоянием ОК пространственной

опорной траектории (и последующим её отслеживанием), которая может

перестраиваться в ходе полета, если энерге­тическое состояние ОК не

удовлетворяет заданным требованиям.

"След" опорной траектории в горизонтальной плоскости представляет со­бой

систему геометрических линий (см. схему предпосадочного маневри­рования):

спираль отворота - спираль поворота - касательная к ци­линдру выверки курса

(ЦВК) - дуга окружности ЦВК - финишная пря­мая, при этом спирали отворота и

поворота соответствуют полету ОК с постоян­ным углом крена =45 , координаты

КТ, центров ЦВК и радиусы ЦВК по­стоянны, а спираль отворота реализуется в

случае избытка энер­гии.

В вертикальной плоскости на скоростях, соответствующих М не менее 0.8, опорная

траектория формируется построение программной зависимо­сти высоты,

соответствующей номинальному скоростному напору, от ос­тавшейся дальности по .

На режимах при М<0.8 реализуется управление высотой полета относительно

заданного состояния в точке окончания предпосадочного маневра (терминальное

управление).

При дефиците располагаемой энергии для увеличения протяженности по­лета ОК в

качестве опорной используется зависимость минимального скоростного напора от

высоты полета qmin(Н), обеспечивающая макси­мальное качество, а при ее

избытке - зависимость максимального скоро­стного напора от высоты полета

qmax(Н), обеспечивающая наибольшее рассеивание энергии.

Заключительной фазой участка спуска в атмосфере являются заход на по­садку и

собственно посадка ОК на ВПП с заданными параметрами дви­жения. Заход на

посадку и посадка определяются двумя особенностями ОК:

· первая - отсутствие двигателей, обеспечивающих посадку по

тради­ционной самолетной схеме, и

· вторая - сравнительно малое аэродинамическое качество (Кmax=5,6) на

этом участке полета.

В связи с этим для захода на посадку с последующей посадкой ОК на ВПП принята

двухглиссадная схема, при которой вся траектория разбива­ется на четыре

участка:

· п е р в ы й - полет по крутой глиссаде с углом наклона -(17...22) , на кото­ром компенсируются ошибки приведения по координатам, скоро­стям и углам при выходе ОК на крутую глиссаду с последующей стаби­лиза­цией относительно жесткой опорной траектории с постоянной за­данной приборной скоростью. Этот участок характеризуется режимом равно­весного планирования, т.е. полетом с постоянным углом наклона траек­тории и постоянной скоростью, когда внешние возмущающие воз­дейст­вия компенсируются изменением эффективного аэродинамиче­ского ка­чества увеличением или уменьшением угла раскрытия воздуш­ного тор­моза. Так как внешние возмущающие воздействия с равной ве­роятно­стью могут быть как встречного, так и попутного характера, то в невоз­мущенной атмосфере воздушный тормоз находится в положении, соот­ветствующем его средней эффективности. Угол наклона крутой глис­сады зависит от посадочной массы ОК и выбирается так, чтобы обеспе­чивалось парирование внешних возмущающих воздействий за­данной интенсивности во всем диапазоне возможных скоростей плани­рования;

· в т о р о й - первое выравнивание (высота 500

м), на котором проис­ходят интенсивное торможение и уменьшение скорости

сни­жения ОК до значения, обеспечивающего комфортные условия по­садки на ВПП;

т р е т и й - полет по пологой глиссаде с углом наклона -2 , на

котором завершаются переходные процессы предыдущего участка и обеспечива­ется

выход ОК на высоту начала заключительного выравнивания с задан­ными параметрами

движения;

· ч ет в е р т ы й - заключительное выравнивание

(собственно по­садка), на котором с высоты 20 м реализуется траектория,

строя­щаяся по экспоненциальному закону, традиционному для самолет­ной посадки,

воздушный тормоз фиксируется в положении, соот­ветствующем началу участка, а

требуемые параметры движения в момент касания ВПП при действии возмущающих

факторов обес­печиваются изменением геометрических параметров траекторий (эти

параметры выбираются такими, чтобы при отсутствии внеш­них возмущений ОК

приземлился на удалении 1000 м от кромки ВПП).

Приземление и пробег ОК происходят по сухой и мокрой бетонной ВПП, как в

автоматическом, так и в ручном режиме управления при посадочной скорости

Vпос=300...330 км/ч, угле тангажа u=10...13 , при попутном (до 5 м/с),

встречном (до 20 м/с) и боковом (до 15 м/с) ветре.

Управление пробегом до опускания передней стойки шасси выполняется в канале

тангажа элевонами в режиме руля высоты, в путевом канале - рулем направления,

а после опускания носового колеса - управляемой пе­редней стойкой и

дифференциальным растормаживанием колес основных стоек шасси.

Алгоритмы управления пробегом ОК сформированы так, что отказ одного из управляющих органов не приводит к потере управляемости и уводу с ВПП при различных сочетаниях ветровых возмущений и отклонений от оси ВПП. Боль­шой объем статистического моделирования, полеты на аналоге и первый орби­тальный полет ОК "Буран" подтвердили эффективность управления на пробеге, обеспечившего отклонение от оси ВПП в конце пробега до 5 м в автоматиче­ском и ручном режимах.

Торможение ОК осуществляется трехкупольным тормозным парашютом и тормозами

колес основных стоек шасси, а также воздушным тормозом, используемым в

качестве резервного при ручном управлении. Суммар­ный пробег в зависимости от

направления и силы ветра и состояния по­верхности ВПП не должен превышать

1800 м.

P.S.:

Далеко не все поддерживали решение о проведении первых испытательных пусков "Бурана" в беспилотном, автоматическом режиме. За несколько месяцев до запуска в адрес Правительства было направлено коллективное письмо, под­писанное, в том числе летчиками-космонавтами А.А.Леоновым и И.П.Волком, о том, что "Буран" не сможет надежно выполнить полет в автоматическом ре­жиме и что первый полет, как и у американцев на "Спейс Шаттле", должен быть пилотируемым. Но специальная комиссия, рассмотрев состояние подготовки ОК, согласилась с предложением технического руководства о первом беспилот­ном пуске.

Список использованной литературы:

1.Интернет www.buran.ru

2.Еженедельник «Ракетно-космическая техника» №1 – 52 1983г.

Страницы: 1, 2, 3