Die unsichtbare Komplexität der Raketentechnologie: Teil 5. Startanlagen


    Starteinrichtungen sind ein eigenständiger interessanter Aspekt der Weltraumtechnologie. Tatsächlich muss die Rakete zusammengebaut, zur Startrampe gebracht, erneut überprüft, betankt, die Besatzung gelandet (falls der Start bemannt ist) und gestartet werden. Und jede dieser Aufgaben fordert Ingenieursgeist, Materialwissenschaft, Kompetenz und viele andere Disziplinen heraus.

    Einleitung


    Um zu verdeutlichen, worum es geht, müssen die verwendeten Begriffe erläutert und allgemein angegeben werden, wie der Start der Trägerrakete erfolgt.
    Zunächst werden die Trägerrakete und die Nutzlast an den Weltraumhafen geliefert. Die Trägerrakete wird fast immer zerlegt geliefert, da sie leichter zu transportieren ist. Dann werden die Rakete und die Nutzlast in einem Stück zusammengebaut und in einem speziellen Gebäude überprüft, das unterschiedliche Namen für verschiedene Raketen in verschiedenen Ländern hat: MIC (Montage- und Testkomplex), technische Position, technischer Komplex, VAB (vertikales Montagegebäude, vertikales Montagegebäude) ), Montagegebäude usw. Anschließend wird die üblicherweise zusammen mit der Nutzlast montierte Trägerrakete zu einer speziellen Plattform transportiert, von der aus der Start erfolgt. Diese Site hat auch viele Namen - den Startkomplex, die Startrampe, die Startrampe usw. Eine vertikal platzierte Rakete ist ein sehr hohes Stück, daher gibt es normalerweise ein sogenanntes

    Als Raketen klein waren


    Je kleiner die Rakete ist, desto einfacher ist der Startkomplex und desto weniger Schwierigkeiten treten auf. Zu Beginn der Raketenwissenschaft bestand der gesamte Startkomplex aus einer flachen Betonplattform, einer Raketenstütze auf kleinen Beinen und einem einfachen Wartungsturm:

    V-2 und Leitern.


    Eine weiterentwickelte Version des Service Tower. Der Konus am Boden ist für eine gleichmäßige Abgabe von Gasen an die Seiten installiert.

    Selbst bei bemannten Starts mit kleinen Raketenstartkomplexen gab es keine besonderen Schwierigkeiten:

    1961 war die erste bemannte Mission des Mercury-Programms - Mercury-Redstone 3. Der Turm bewegt sich auf Schienen, die Technik ähnelt einem Baukran. Unter der Startunterstützung ist derselbe Kegel für eine gleichmäßige Verteilung der Gase sichtbar.

    Im Prinzip ist dieser Ansatz für kleine Raketen bis heute lebendig. Eine kleine Startmasse bedeutet eine relativ kleine Motorleistung und die Abwesenheit von Problemen mit Abgasen, eine relativ kurze Exposition gegenüber hohen Temperaturen, was die Anforderungen an die Werkstoffe verringert.

    LV Cosmos-3M, zuletzt stillgelegt. Links ist der Service Tower zu sehen, rechts eine einfache Startrampe.

    Im Westen geht es um dasselbe: Eine kleine Rakete kann mit einem Industriekran gestartet werden:

    Taurus links, Minotaurus V. rechts

    und von einer höheren, aber immer noch einfachen Startstruktur aus gestartet werden:

    Taurus links, Minotaurus V. rechts

    Wie eine Tulpe aufblühte


    Der wahrscheinlich ungewöhnlichste Startkomplex ist die R-7-Raketenfamilie. Erstens ist dies der einzige Komplex, in dem die Rakete nicht auf dem Tisch steht, sondern in der Mitte hängt. Zweitens wird in früheren Versionen die Starttabelle vor dem Start vollständig gedreht. Und drittens wurden anstelle des Serviceturms zwei „Halbtürme“ gebaut, die außerdem durch Drehen in einer vertikalen Ebene von der Rakete abweichen. Warum wurden solche Entscheidungen getroffen?
    Die Entscheidung zum ersten Punkt wird von B.E. Chertoka. Bei Raketen der R-7-Familie sind die erste und die zweite Stufe verpackt. Und dieses Paket war sehr schlecht auf der Startrampe installiert - eine ernsthafte Verstärkung des Heckabschnitts war erforderlich, und dies ist übergewichtig und der Windwiderstand erhöht. Es gab sogar Ideen, um den Start herum eine Mauer zu bauen. Die Skizze der Transportvorrichtung, die die Rakete transportierte und auf vier Starttischen abstellte, einer für jeden Seitenblock, hat auch niemanden inspiriert. Und dann entstand eine sehr schöne technische Idee. Im Flug werden die Anstrengungen der Seitenblöcke über ihre oberen Teile auf den Zentralblock übertragen. Warum also nicht gleich die Rakete für die gleichen Power Nodes aufhängen? In diesem Fall erfährt die Rakete am Start die gleichen Belastungen wie im Flug, und es sind keine besonderen Maßnahmen erforderlich, um die Struktur zu verstärken.

    Schema der Startrampe. Ganz unten befindet sich auch ein versenkbarer Tisch für den Zugang von Personen, der hier nicht dargestellt ist.

    Punkt zwei ging von der Aufgabe aus, die Arbeit des Kontrollsystems zu erleichtern. Zu dieser Zeit war es einfacher, eine Rakete mit einer Startrampe vor dem Start auszulösen, als nach dem Start eine Kurve für ein analoges Steuersystem einzurichten. Im Zeitalter der Computer ist dies ein Anachronismus. In Baikonur können sich Tische drehen, und dies wird als Vermächtnis verwendet, und in neuen Startkomplexen (Kuru, Vostochny) sind Tische bereits ohne Drehvorrichtungen.

    Foto vom Startplatz in Kourou.

    Der dritte Punkt ist auf die ständige Verbesserung der Raketen der R-7-Familie zurückzuführen. Zunächst gab es eine einfache einstufige Plattform:


    Als aus R-7 der „Osten“ wurde, wurde der einstufigen Plattform ein mobiler Serviceturm hinzugefügt:


    Für "Sonnenaufgänge" und "Blitz" haben wir Stufen hinzugefügt:


    Das Ergebnis ist leicht vorhersehbar :)

    Dies ist Plesetsk, es gibt 9 Stufen auf Baikonur 8.
    Tolles Foto, sehr schön


    Trotz der schönen Aussicht ist die Struktur nicht sehr komfortabel. Die Plattformen sind offen, von allen Winden weggeblasen und die Arbeit bei kaltem oder heißem Wetter ist ein unsichtbarer Heldentat beim Starten von Berechnungen. Als sie mit dem Aufbau der „Gewerkschaften“ in Kura begannen, entwarfen sie daher den üblichen mobilen Turm (es gab einen weiteren Faktor, über den wir später sprechen werden):


    Ein gutes Ergebnis des Betriebs des neuen Turms führte zu der gleichen Situation auf Vostochny.

    Waffen kämpfen rückwärts


    Ein besonderes interessantes Dilemma ist der Transport der Rakete zum Start. Und natürlich gibt es viele mögliche Lösungen mit ihren Vor- und Nachteilen. Erstens kann die Raketenanordnung nirgendwo hin mitgenommen werden - sofort beim Start zusammenbauen, prüfen und starten. Zweitens kann die Rakete horizontal zusammengebaut, zum Start gebracht, aufgerichtet und abgefeuert werden. Drittens kann die Rakete vertikal montiert und sofort in vertikaler Position zum Start gebracht werden. Und Sie können diese Optionen mischen.

    Die erste Option ist hauptsächlich für kleine Raketen implementiert (weil es einfach ist):

    Taurus. Links, blau bedeckt, der erste Schritt.

    Auch die Inder experimentierten plötzlich mit dieser Option. Die PSLV-Rakete wurde sofort auf der Startrampe montiert .

    Vorteile:
    • Keine Notwendigkeit, die Rakete zum Start zu tragen.

    Nachteile:
    • Es ist notwendig, den Installations- und Testkomplex von Anfang an zu entfernen.

    Es ist klar, dass das MIC mit zunehmender Größe der Rakete schwerer zu tragen ist als eine Rakete.

    Die zweite Option ist eine sowjetisch / russische Schule sowie SpaceX. "Unions", "Protons", "Cosmos", "N-1", "Energies", "Zeniths" und "Falcons" gehen in horizontaler Position an den Start. Der Förderer ist auch ein Installateur und vertikalisiert die Rakete.


    Vorteile:
    • Lange MICs sind einfacher zu bauen als große.
    • Das Tragen in horizontaler Position ist einfacher.

    Nachteile:
    • Raketen und Nutzlasten erfordern zusätzliche Biegefestigkeit.

    Die dritte Option ist die US-Schule. Dann kamen Indien, China und Europa hinzu.

    Die Große Kampagne, bemannte Variante, China.

    Vorteile:
    • Die Rakete und die Nutzlast werden nur in Auf-Ab-Richtung gewaltsam beeinflusst.
    • Kein Installer oder Vertikalisierung erforderlich.

    Nachteile:
    • Brauche einen hohen MIC.
    • Etwas komplizierterer Transport.

    Die vierte Option ist der Raumhafen Kourou. Tatsache ist, dass europäische Satelliten oft einfach nicht für den Transport in horizontaler Position ausgelegt sind. Um Gewicht zu sparen, fehlt ihnen die Biegefestigkeit. Was aber, wenn der Sojus für den horizontalen Transport ausgelegt ist? Wir haben uns für eine Hybridmethode entschieden - die ersten drei Schritte verlaufen wie gewohnt horizontal, und die Nutzlast mit dem Boosterblock wird zu Beginn installiert. Dies ist der zweite Grund für die Schaffung eines mobilen Service-Turms.


    Vorteile:
    • Kombiniert den Komfort von horizontalem Transport und vertikaler Montage.

    Nachteile:
    • Benötigt einen Reinraum, Mini-MIC im Serviceturm.


    Turm-Dilemma


    Die nächste Frage ist: Brauchen Sie wirklich einen Serviceturm? Lassen Sie uns alle Überprüfungen im MIC durchführen, und die Startvorgänge sollten automatisch durchgeführt werden. In diesem Fall muss niemand um den Serviceturm herumgehen und er muss überhaupt nicht gebaut werden. Die Idee ist attraktiv, hat aber auch Nachteile. Es war das erste, das in der UdSSR für die Zenit-Rakete verkauft wurde. Die Installation, das Auftanken, die Vorbereitung für die Inbetriebnahme und die Inbetriebnahme waren vollständig automatisiert und erforderten nichts von einer Person außer der Arbeit mit dem Kopf und dem Drücken von Knöpfen. Der Start war einfach und minimalistisch:

    Alles wäre in Ordnung, aber ein solcher Start ist zuallererst für bemannte Starts ungeeignet. Für den gleichen "Zenith", den sie bemannt machen wollten, musste ein "Vogelhaus" -Serviceturm gebaut werden:

    Der zweite Nachteil ist, dass am Anfang nichts behoben werden kann. Wenn ein kleiner Fehler auftritt, der, wenn es einen Turm gäbe, in einer halben Stunde behoben werden könnte, muss die Rakete vom Start entfernt und zum MIC zurückgebracht werden. In SpaceX fehlt auch ein Turm, und diejenigen, die den Starts von Falcon folgen, müssen bemerkt haben, dass Starts regelmäßig auf einen späteren Zeitpunkt verschoben werden. Natürlich sind die Störungen unterschiedlich und nicht alles kann vor Ort behoben werden, aber das Vorhandensein eines Turms ermöglicht es, kleine Ausfälle schnell zu beheben.

    Turmdilemma 2


    Eine andere Frage, die sich wiederum auf den Turm bezieht, ist die Frage seiner Mobilität. Wie viel ist notwendig und gerechtfertigt, um Geld auszugeben, damit sich der Turm vom Start wegbewegen kann? Sie orientieren sich an der technischen Machbarkeit. Ein fester Turm muss beim Start einer Raketenexplosion standhalten. Der mobile sollte über Motoren, Räder und Schienen sowie ein System zum Strecken und Sammeln von Kommunikationen und Rohrleitungen verfügen. Was einfacher, billiger und vertrauter ist, ist das, was sie tun. Es gibt keine nationalen Schulen, in jedem Projekt tun die Ingenieure, was sie für bequemer halten. Zum Beispiel bauten sie einen mobilen Turm für Proton:


    Panorama des Startkomplexes, Blick von der Spitze des Serviceturms.

    Und für Angara ist es bereits stationär:


    Gullivers Thron


    Man kann Startkomplexe für superschwere Raketen nicht ignorieren. Die Größe und Komplexität dieser Systeme sowie die ausgewählten technischen Lösungen sind einfach unglaublich.

    Die Amerikaner handelten in der Tradition ihrer Schule - vertikaler Zusammenbau und Transport. Ein Schlüsselelement war der Transporttraktor, der die Rakete zusammen mit einem Teil der Startrampe und des Wartungsturms transportierte. Dies ist weniger bekannt, aber es gab immer noch die zweite Hälfte des Turms, die von demselben Traktor angetrieben wurde:

    Saturn-V mit der Oberseite der Startrampe und einem zum Start führenden Wartungsturm. Der zweite Turm wartet in der Sackgasse auf den Traktor. In der Ferne ist ein vertikales Montagegebäude zu sehen.

    Eine kleine technische Neugier. Die Apollo-Missionen zur Skylab-Station und die Sojus-Apollo-Mission verwendeten denselben LC39-Startkomplex, jedoch eine kleinere Rakete - Saturn-IB. Damit die Rakete auf einer viel größeren Startstruktur gegenüber den Masten stand, wurde ein „Hochstuhl“ hergestellt - ein Fachwerk, das die Rakete auf die Höhe von Saturn V brachte: Die


    sowjetische N-1-Rakete wurde ebenfalls in einheimischen Traditionen hergestellt. es wurde in horizontaler Position auf einem riesigen Installateur von zwei Lokomotiven entlang paralleler Schienen transportiert. Es sei denn, der Serviceturm war etwas ungewöhnlich - ziemlich klein.


    Mit Beginn der Entwicklung von wiederverwendbaren Schiffen warteten die Startkomplexe auf dasselbe Schicksal - sie wurden auf beiden Seiten des Ozeans zu wiederverwendbaren Schiffen umgebaut.
    In den USA wurde ein sehr eleganter Dienstturm mit einem Drehelement


    hergestellt : In der UdSSR wurde ein Komplex aus zwei Türmen in der Nähe hergestellt:

    Große Rohre am linken Turm - ein Landungs- und Notevakuierungssystem für die Besatzung. Fotos von der Site Buran.ru, das Urheberrecht musste beim Zuschneiden abgeschnitten werden.

    Gasleitungen


    Wenn Sie sich die Oberfläche unter der Startrampe auf den Fotos genau ansehen, bemerken Sie wahrscheinlich Tunnel, Öffnungen und Vertiefungen. Dies sind Gaskanäle, die benötigt werden, um die von der Rakete ausgestoßenen Gase abzuleiten. Für starke Triebwerke schwerer Raketen reicht ein einfacher Kegel unter dem Boden nicht mehr aus. Ihr Design kann unterschiedlich sein, in den Vereinigten Staaten verwendeten sie häufig eine Massenstartrampe mit wassergespülten Gaskanälen in Bodennähe. Wasser mildert die Stoßwelle und reduziert die Temperaturbelastung der Wände. Unsere Gaskanäle sind normalerweise trocken und befinden sich unter der Erde. Der Start von Falcon im April hat gezeigt, dass es sich bei der Verwendung von unterirdischen Gaskanälen lohnt, den Flüssigkeitsstand zu überwachen - die Rakete, die durch einen Schmutzbrunnen abgefeuert wurde, ist gut, dass dies keine Probleme verursacht hat.


    Fazit


    Zum Abschluss ein wunderschönes Zenit-Zeitlupenvideo bei Sea Launch. Die Funktionsweise der Startmechanismen und die Verdunstung des fallenden Eises sind sichtbar.


    Zur Navigation


    Dies ist der fünfte Beitrag des Zyklus. Direkte Links zu früheren:
    1. Der erste Beitrag.
    2. Festtreibstoffmotoren.
    3. Arten von Flüssigbrennstoff, geometrische Abmessungen, Transport.
    4. Pläne von Motoren und Panzer im Inneren.


    Quellen


    1. TsENKI. Start- und Technikkomplexe.
    2. KIK UdSSR - einzigartige Fotos.
    3. Panoramen der FCA Roscosmos-Website.
    4. Besonderer Dank für die wunderschönen Fotos auf der Seite loveopium.ru und dem Blogger russos .

    Jetzt auch beliebt: