Complejos espaciales y de cohetes. Desarrollo de sistemas de lanzamiento espacial y de cohetes Equipo tecnológico de complejos espaciales y de cohetes domésticos

, controles, diseño de misiles balísticos, etapas superiores, sistemas de lanzamiento de cohetes y espaciales, vehículos de lanzamiento, bloques de boquillas, trayectorias de vuelo, sistemas espaciales de transporte

Sobre la base de una gran cantidad de material fáctico, se trazan en detalle las principales etapas del desarrollo de los sistemas de lanzamiento de cohetes espaciales y se presentan las direcciones para su mejora. Detallado análisis comparativo características de los misiles balísticos de largo alcance y vehículos de lanzamiento nacionales y extranjeros, incluidos los sistemas de transporte espacial reutilizables. Se establecen los conceptos básicos de diseño y características de diseño de cohetes y vehículos de lanzamiento espacial.

Para estudiantes de universidades técnicas que estudian en especialidades y áreas de cohetes y espacio, así como para todos aquellos interesados ​​en la historia del desarrollo de la tecnología espacial y de cohetes y las perspectivas de su mejora.

TABLA DE CONTENIDO
Parte 1. Fundamentos de los sistemas de lanzamiento espacial y de cohetes
Capítulo 1. Misiles balísticos como base para la creación de vehículos de lanzamiento
1.1. Prehistoria y etapas iniciales de la creación del primer MRBM
1.2. Términos y conceptos básicos
1.3. Mejora del diseño y disposición de misiles de una sola etapa para aumentar el alcance y la transición a MRBM de etapas múltiples
Capítulo 2. Características del diseño de misiles balísticos de largo alcance
2.1. Misiles de una etapa
2.2. Cohetes multietapa
2.3. Características de los misiles de combate.
Capítulo 3. Influencia de las características de la trayectoria en el control de vuelo de misiles
3.1. Funciones del sistema de control
3.2. Los órganos de gobierno
3.3. Desarrollo del diseño de la unidad de tobera de cohete de propulsante sólido
3.4. El uso de una boquilla retráctil en un motor de cohete.
Capítulo 4. Tarea general del control de vuelo
4.1. Métodos de control básicos
4.2. Método de control a lo largo de la trayectoria "rígida"
4.3. Sistema de control de velocidad aparente
4.4. Sistema de vaciado de tanque sincrónico
4.5. Método de control de trayectoria flexible
4.6. Método de control con corrección en la parte pasiva de la trayectoria
Capítulo 5.Desarrollo de diseños de misiles balísticos intercontinentales y vehículos de lanzamiento
5.1. Principales direcciones de desarrollo
5.2. Bases de vehículos de lanzamiento y misiles balísticos de combate.
5.3. Características de separación de la ojiva y separación de etapas en cohetes con propulsores sólidos.
5.4. Vehículo de lanzamiento "Proton"
5.5. Uso de propulsores criogénicos en vehículos de lanzamiento
5.6. Vehículo de lanzamiento "Saturn-V"
5.7. Vehículo de lanzamiento N-1
5.8. El uso de propulsores sólidos como etapa "cero" (refuerzo) en los vehículos de lanzamiento.
5.9. El uso de motores híbridos en unidades de cohetes.
5.10. Etapas superiores o vehículos de transporte interorbital
5.11. Sistemas de transporte espacial reutilizables
5.12. Misiles balísticos submarinos
Capítulo 6. Lo último y tendencias de desarrollo de los vehículos de lanzamiento.
6.1. Desarrollo del diseño de cohetes portadores de la familia Soyuz (R-7)
6.2. Lanzamiento de vehículos de la familia Rus-M y una prometedora nave espacial tripulada de nueva generación.
6.3. Familia de vehículos de lanzamiento Angara
6.4. Vehículos de lanzamiento de conversión
6.5. Tendencias generales en el desarrollo de sistemas de lanzamiento.

Parte 2. Fundamentos del diseño de misiles balísticos de largo alcance y vehículos de lanzamiento
Capítulo 7. Problema de diseño general
7.1. Etapas de diseño
7.2. Requisitos tácticos y técnicos básicos
7.3. Criterios de optimización y problema general de diseño
Capítulo 8. Análisis balístico y de masas
8.1. Análisis de las fuerzas que actúan sobre el cohete en vuelo sobre el tramo activo de la trayectoria
8.2. Las ecuaciones de movimiento del cohete en la parte activa de la trayectoria.
8.3. Ecuaciones de movimiento de un cohete en un sistema de coordenadas polares
8.4. Cambios en las características de vuelo de un cohete durante el vuelo.
8.5. Determinación aproximada del rango de vuelo. Tareas del tramo pasivo de la trayectoria
8.6. Las ecuaciones de movimiento del cohete en la sección activa de la trayectoria en función de los principales parámetros de diseño.
8.7. Una determinación aproximada de la velocidad de un cohete.
8.8. Influencia de los principales parámetros de diseño en la velocidad de vuelo del cohete
8,9. Influencia de los principales parámetros de diseño en el alcance de vuelo del misil.
8.10. Análisis de masas de un cohete propulsor líquido de una sola etapa
Capítulo 9. Características de la elección de los principales parámetros de diseño de un cohete multietapa.
9.1. Terminología básica
9.2. Determinación de la velocidad de un cohete multietapa
9.3. Determinación de los principales parámetros de diseño de un cohete multietapa.
Solicitud. Programas de selección de parámetros de diseño balístico

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Complejo espacial y de cohetes (RSC)

Un conjunto de cohetes o cohetes espaciales (ILV) con estructuras y medios técnicos interconectados funcionalmente, diseñado para garantizar el transporte, el almacenamiento, el despliegue y el mantenimiento con la preparación establecida. Mantenimiento, preparación, lanzamiento y control del vuelo ILV en el sitio de lanzamiento. Incluye ILV, instalaciones del complejo técnico (TC), instalaciones del complejo de lanzamiento (SC), instalaciones del complejo de medición del cosmódromo (IKK).

Un cohete espacial, un ensamblaje de un cohete portador con una ojiva espacial (CGC), que consta de una nave espacial (SC) junto con etapas superiores y de protección del ensamblaje. Ojiva espacial, un conjunto de naves espaciales con etapas superiores y protectoras prefabricadas. Etapa superior en casos individuales puede estar ausente.

Complejo de lanzamiento, un conjunto de estructuras y medios técnicos móviles y estacionarios tecnológicamente y funcionalmente interconectados que aseguran todo tipo de trabajo con el ILV y (o) partes constituyentes desde el momento en que llega el ILV desde el puesto técnico hasta la finalización de las operaciones de prelanzamiento necesarias con los elementos del ILV, y durante las pruebas del ILV y el lanzamiento fallido del ILV hasta el regreso del ILV al técnico. posición. Ubicado en la posición inicial. Proporciona: entrega del ILV desde el complejo técnico al lanzador (PU), su instalación en el lanzador, apuntamiento, repostaje con componentes propulsores y gases comprimidos, pruebas, realización de todas las operaciones para preparar el ILV para el lanzamiento y su lanzamiento. El SC incluye: uno o varios lanzadores, instalaciones con sistemas técnicos que brindan preparación y lanzamiento de ILV, un puesto de mando de lanzamiento.

PU se puede implementar en las siguientes versiones: suelo fijo; estacionario subterráneo (mío); suelo móvil (suelo y carril); subterráneo móvil (trinchera); marina móvil (en plataformas costa afuera, buques de superficie y submarinos); aire móvil (arranque de aire).

Un complejo técnico, un conjunto de complejos técnicos de un vehículo de lanzamiento, una nave espacial, una etapa superior, una ojiva espacial, un cohete espacial y otros medios técnicos comunes a los cohetes espaciales. Dependiendo del propósito del RKK TC, uno de los tipos de complejos técnicos puede estar ausente.

Puesto técnico, área con vías de acceso, servicios públicos, edificios y estructuras.

Complejo espacial y de cohetes "Soyuz"

El cohete Soyuz y el complejo espacial es el más antiguo del cosmódromo de Baikonur. Los eventos más llamativos de la historia de la cosmonáutica mundial están asociados con el funcionamiento de este complejo. Los más significativos son el lanzamiento el 4 de octubre de 1957 del primer satélite terrestre artificial del mundo y el vuelo el 12 de abril de 1961 del primer cosmonauta del planeta, Yuri Alekseevich Gagarin.

El complejo fue creado sobre la base del misil balístico intercontinental R-7, el famoso "siete" real. Sus modificaciones son ampliamente conocidas en todo el mundo bajo los nombres de Sputnik, Vostok, Voskhod, Molniya y Soyuz.

El número de lanzamientos de naves espaciales realizados con el cohete Soyuz y el complejo espacial ya se acerca al millar. Solo 27 no tuvieron éxito La alta confiabilidad del complejo permite que sea ampliamente utilizado en la implementación del Programa Espacial Federal de Rusia y en programas de cooperación internacional.

Para los lanzamientos de cohetes portadores Soyuz, se construyeron dos sitios de lanzamiento en el cosmódromo, uno de ellos fue creado en 1957, el otro, en 1961. Los sitios de lanzamiento ocupan un vasto territorio (más de 100 hectáreas) y tienen un lanzador cada uno de los cuales es capaz de realizar hasta 24 lanzamientos de cohetes portadores por año.

La preparación de los cohetes portadores y las naves espaciales para su lanzamiento se lleva a cabo en cinco edificios de ensamblaje y prueba. Los aparatos y equipos especiales proporcionan las condiciones necesarias de temperatura, humedad y acabado, una lista completa de operaciones tecnológicas para la preparación de vehículos de lanzamiento, bloques impulsores y naves espaciales para el lanzamiento.

El vehículo de lanzamiento Soyuz utiliza propulsores ecológicos; queroseno y oxígeno líquido. Durante el lanzamiento, el cohete pesa alrededor de 310 toneladas y sus motores desarrollan un empuje total de hasta 400 toneladas en la superficie de la tierra. Los parámetros técnicos del cohete permiten lanzar una carga útil de hasta 7 toneladas a la órbita de referencia.

Complejo espacial y de cohetes "Proton"

El cohete Proton y el complejo espacial es uno de los principales del cosmódromo de Baikonur. Gracias a las progresivas soluciones científicas y técnicas que incorpora, este complejo, en términos de fiabilidad y muchos otros indicadores, es el mejor del mundo entre los sistemas de lanzamiento de una clase similar. Los vuelos de estaciones interplanetarias automáticas con aterrizajes de naves espaciales en la Luna, Venus y Marte, así como los lanzamientos de estaciones orbitales de larga duración Salyut y Mir, satélites de comunicaciones y transmisión de televisión en órbita geoestacionaria se llevan a cabo utilizando el complejo Proton.

El complejo se basa en un vehículo de lanzamiento de tres etapas "Proton" con una longitud de 44,3 metros y una sección transversal máxima de 7,4 metros. En la superficie de la tierra, sus motores desarrollan un empuje de 900 toneladas. El cohete es capaz de inyectar una carga útil que pesa hasta 20 toneladas en una órbita de referencia y, cuando se usa una etapa superior, un satélite que pesa hasta 3,5 toneladas en una órbita geoestacionaria. El primer lanzamiento del Proton tuvo lugar el 16 de julio de 1965. Ahora el número de lanzamientos supera los 250, de los cuales solo 11 fallaron.

La preparación de los vehículos de lanzamiento, los propulsores y las naves espaciales para el lanzamiento se lleva a cabo en puestos técnicos, que se encuentran en cuatro edificios de montaje y prueba. Los puestos técnicos están equipados con equipos tecnológicos especiales y técnicos generales, vías de acceso y servicios públicos. Están diseñados para recibir vehículos de lanzamiento y cargas útiles de plantas de fabricación, almacenarlos, ensamblarlos y probarlos. Aquí, las naves espaciales se alimentan con propulsores y gases comprimidos, y las cargas útiles se acoplan para lanzar vehículos.

El edificio de ensamblaje y prueba del vehículo de lanzamiento Proton es una estructura única que consta de una sala de ensamblaje y prueba con un área de más de 1.500 metros cuadrados y muchos espacio de oficina con salas de control, salas de control, laboratorios y otros servicios.

Los vehículos de lanzamiento Proton se lanzan desde dos sitios de lanzamiento, cada uno de los cuales tiene dos sitios de lanzamiento, un puesto de mando, instalaciones de almacenamiento de combustible y oxidantes, centros de refrigeración, subestaciones de alto voltaje y otras instalaciones de infraestructura.

En 1996, Proton fue el primer vehículo de lanzamiento nacional en ingresar al mercado mundial de servicios de lanzamiento de naves espaciales comerciales, y International Launch Services se dedica a su comercialización.

Durante su funcionamiento, el cohete se ha mejorado repetidamente. Ahora llega a su fin la siguiente etapa de su modernización. El nuevo Proton-M tendrá un sistema de control mejorado. Disminuirá la contaminación del medio ambiente con residuos de combustibles en las áreas de caída de las etapas gastadas.

Complejo espacial y de cohetes "Zenith"

El más nuevo entre los complejos espaciales y de cohetes del cosmódromo de Baikonur es Zenit. Su creación se inició en 1976 y se llevó a cabo en paralelo con el desarrollo del sistema espacial reutilizable Energia-Buran. Las primeras etapas modificadas del vehículo de lanzamiento Zenit se utilizaron como bloques laterales del vehículo de lanzamiento Energia.

El vehículo de lanzamiento Zenit tiene un diseño de dos etapas y es capaz de inyectar una carga útil de hasta 13,7 toneladas en una órbita de referencia con una altitud de 200 km y una inclinación de 51 °. Ambas etapas utilizan componentes de combustible respetuosos con el medio ambiente: oxígeno líquido y queroseno.

El sitio de lanzamiento, que cubre un área de 113 hectáreas, cuenta con dos lanzadores, un centro criogénico y más de 50 sistemas tecnológicos. Todas las operaciones de transporte, instalación del cohete en el dispositivo de lanzamiento, acoplamiento de reabastecimiento de combustible y otras comunicaciones se realizan automáticamente. El cohete se puede lanzar dentro de una hora y media después de su instalación en la instalación de lanzamiento. Incluso si se cancela el lanzamiento, el trabajo para restaurar el cohete a su estado original se realiza cuando control remoto desde el puesto de mando.

La posición técnica del complejo espacial y de cohetes Zenit incluye un edificio de ensamblaje y pruebas, instalaciones de almacenamiento para vehículos de lanzamiento y naves espaciales, edificios técnicos y otras estructuras.

A fines de la década de 1980, los programas espaciales del país se vieron seriamente restringidos. Muchos satélites nuevos que apuntan a Zenit nunca se han creado. Por lo tanto, la carga en el cohete y el complejo espacial fue baja: se llevaron a cabo un total de 32 lanzamientos. Al mismo tiempo, nacieron los creadores del complejo. Idea Nueva para realizar lanzamientos del cohete portador desde la plataforma flotante. Por lo tanto, sus capacidades se amplían significativamente al mover el punto de partida al ecuador. El proyecto se denominó Sea Launch. En él participan empresas de Ucrania. Rusia, Estados Unidos y Noruega. El primer lanzamiento exitoso de Zenit-31 desde la plataforma Odyssey tuvo lugar el 28 de marzo de 1999.

Complejo espacial y de cohetes "Cyclone"

La dirección general del trabajo durante la creación del complejo espacial y de cohetes Cyclone fue mejorar la seguridad del personal de servicio durante la preparación del vehículo de lanzamiento en el sitio de lanzamiento. Los desarrolladores de "Cyclone" lograron implementar completamente el concepto de "inicio desierto". Durante la preparación previa al lanzamiento del vehículo de lanzamiento y la nave espacial en el lanzador, todo el equipo del complejo se controla de forma remota desde el puesto de mando.

El vehículo de lanzamiento Cyclone se basa en el misil balístico intercontinental R-36 desarrollado por la oficina de diseño de Yuzhnoye bajo el liderazgo del diseñador jefe M.K. Yangel.

El vehículo de lanzamiento Cyclone se lanzó en 1967. La masa de lanzamiento de este cohete de dos etapas (excluida la masa de la nave espacial) es de 178,6 toneladas. El cohete Cyclone proporciona naves espaciales con una masa de 3,2 y 2,7 ​​toneladas, respectivamente, en órbitas circulares con una altitud de 200 km y una inclinación de 65 ° y 90 °. En la actualidad, este cohete se utiliza solo para el lanzamiento de naves espaciales de la serie Cosmos.

Los elementos de la infraestructura terrestre del cohete Cyclone y el complejo espacial están ubicados de forma compacta en el flanco izquierdo del cosmódromo. El sitio de lanzamiento está equipado con dos lanzadores, uno de los cuales ahora está suspendido. La preparación del vehículo de lanzamiento y las cargas útiles se lleva a cabo en un edificio de ensamblaje y prueba.

La desventaja del complejo espacial y del cohete Cyclone es la alta toxicidad de los componentes propulsores, lo que crea un peligro de contaminación ambiental en caso de accidente. Sin embargo, esta desventaja se compensa en gran medida por la alta fiabilidad del complejo. Hasta la fecha ya se han realizado más de un centenar de lanzamientos del cohete portador Cyclone, entre los que no hay ni uno solo de emergencia.

Complejo espacial y de cohetes "Energia-Buran"

El complejo espacial y de cohetes Energia-Buran incluye el vehículo de lanzamiento superpesado universal Energia, la nave espacial orbital Buran, así como las instalaciones de infraestructura espacial terrestre del vehículo de lanzamiento y el vehículo orbital.

El vehículo de lanzamiento Energia es un cohete de dos etapas fabricado según el esquema de "paquete" con colocación lateral de la carga útil retirada. Su primera etapa consta de cuatro bloques laterales de 40 m de alto y 4 m de diámetro. Los bloques laterales se colocan alrededor del bloque central, su altura es de 60 m, su diámetro es de 8 m. Los motores de la primera etapa funcionan con combustible de oxígeno-queroseno, la segunda etapa - en combustible de oxígeno-hidrógeno. El peso de lanzamiento del vehículo de lanzamiento es de 2.400 toneladas. Energia es capaz de lanzar una carga útil que pesa más de 100 toneladas al espacio cercano a la Tierra. Muchas empresas del país, encabezadas por Rocket and Space Corporation Energia, que lleva el nombre de V.I. S.P. Reina. La creación del complejo espacial y de cohetes se ha convertido en un logro destacado de los diseñadores nacionales de tecnología espacial y de cohetes.

La nave espacial orbital "Buran" es una nave espacial reutilizable capaz de realizar vuelos de larga duración, maniobras orbitales, descenso controlado y aterrizaje de aeronaves en un aeródromo especialmente equipado.

Con la ayuda de "Buran" es posible enviar cosmonautas y cargas útiles de hasta 30 toneladas al espacio y regresar a la Tierra, así como realizar la reparación y el mantenimiento de naves espaciales directamente en órbita. La longitud de la nave orbital es de 36,4 m, la altura es de 16,45 m, el peso máximo de lanzamiento es de 105 toneladas.

El complejo técnico del sistema espacial reutilizable (ISS) "Energia-Buran" se encuentra a 5 km del sitio de lanzamiento e incluye estructuras de dimensiones verdaderamente grandiosas. Estos incluyen el montaje y el edificio de prueba del vehículo de lanzamiento Energia, donde el vehículo de lanzamiento se ensambla y se somete a todo el ciclo de prueba. Es el edificio más grande del cosmódromo, tiene cinco vanos, 240 m de largo, 190 m de ancho y 47 m de altura, en los días más intensos trabajaron hasta 2.000 personas al mismo tiempo. El montaje y construcción de pruebas de la nave espacial orbital "Buran" es algo más pequeño, tiene una longitud de 224 m, una anchura de 122 my una altura de 34 m. En sus instalaciones, se puede realizar la preparación de tres naves orbitales simultáneamente .

El Complejo de Lanzamiento ISS Energia-Buran es un enorme complejo terrestre que cubre un área de más de 1000 hectáreas. Consta de varias decenas de estructuras que albergan más de 50 sistemas tecnológicos y 200 técnicos.

La instalación de lanzamiento de la ISS Energia-Buran es una estructura de hormigón armado enterrada en cinco pisos con equipos de control y prueba y otros equipos. Dos vías férreas, espaciadas 18 m entre sí, conducen desde el edificio de montaje y reabastecimiento de combustible hasta la instalación de lanzamiento. Cuatro locomotoras diésel utilizan estas vías para sacar la unidad de montaje de transporte con el vehículo de lanzamiento Energia y el vehículo orbital Buran acoplado a él.

El complejo de lanzamiento incluye un complejo universal "stand-start", que no solo proporciona la preparación y el lanzamiento del vehículo de lanzamiento, sino que también con su ayuda, se llevarán a cabo pruebas dinámicas y de disparo, y la tecnología para repostar el vehículo de lanzamiento Energia es estar trabajando.

Todos los sistemas de lanzamiento están controlados por tecnología moderna y sospechosa desde el puesto de mando. Un alto grado de automatización de los procesos de control proporciona la capacidad de detectar y eliminar más de 500 situaciones de emergencia previstas por el programa.

Una estructura única es el complejo de aterrizaje de la nave espacial orbital "Buran", que anteriormente incluía el aeródromo principal de Yubileiny (Baikonur) y dos de repuesto (Simferopol y Khorol). Está diseñado para entregar el barco desde la planta de fabricación, para asegurar su aterrizaje al regresar a la Tierra, así como el servicio post-vuelo. Además de su propósito principal, el complejo de aterrizaje se puede utilizar como aeródromo y recibir aviones de cualquier clase. La pista del complejo de aterrizaje tiene 4,5 km de largo y 84 m de ancho.

Los lanzamientos del cohete portador Energia, realizados el 15 de mayo de 1987 con una maqueta de la nave espacial Polyus y el 15 de noviembre de 1988, con el orbitador Buran en versión no tripulada, son un gran paso en el desarrollo de nuevos medios. de exploración y desarrollo por la ciencia y tecnología rusas Exploración espacial.

La creación de la ISS Energia-Buran podría convertirse en una nueva etapa en el rápido desarrollo de la tecnología espacial y de cohetes rusos. Sin embargo, debido a problemas económicos, se suspendieron los trabajos adicionales en el complejo espacial y de cohetes Energia-Buran.

El trabajo de base científico y técnico acumulado en el proceso de creación del complejo espacial y de cohetes Energia-Buran es un valioso tesoro nacional y actualmente se utiliza ampliamente en muchas áreas. actividad humana.
Fotos de RSC Energia-Buran

Este artículo está dedicado a la descripción de un modelo para garantizar la preparación de los equipos tecnológicos de los complejos de cohetes y espaciales para el uso objetivo, teniendo en cuenta el costo de la estrategia elegida para reponer las piezas de repuesto. Se fundamenta el problema de determinar el conjunto de estrategias óptimas para reponer los elementos de repuestos y accesorios de cada nomenclatura según el criterio "disponibilidad - costo", tomando en cuenta los parámetros de confiabilidad, mantenibilidad y conservación. Para solucionar el problema de optimización, se analizan los conocidos modelos de justificación de los requisitos para los sistemas de abastecimiento de inventarios, los cuales se basan en métodos para calcular su estructura óptima, nomenclatura y número de repuestos, así como la frecuencia de reposición de un determinado gama de repuestos. El modelo propuesto le permite determinar la cantidad de costos para la implementación de la estrategia de reposición de los elementos de las piezas de repuesto del mismo rango durante la vida útil asignada del equipo en función del uso del criterio "disponibilidad - costo" y toma en cuenta los parámetros de fiabilidad, mantenibilidad y conservación de este equipo. El artículo proporciona un ejemplo del uso de modelos para elegir las estrategias óptimas para reponer el conjunto de piezas de repuesto para una unidad de llenado.

modelo de preparación

intensidad de recursos de los procesos operativos

sistemas de suministro

factor de disponibilidad

1. Boyarshinov S.N., Dyakov A.N., Reshetnikov D.V. Modelización del sistema para el mantenimiento del estado operativo de sistemas técnicos complejos // Vooruzhenie i ekonomika. - M.: Regional organización pública"Academia de Problemas de Economía y Finanzas Militares", 2016. - No. 3 (36). - S. 35–43.

2. Volkov L.I. Gestión de la operación de complejos aeronáuticos: libro de texto. manual para colegios técnicos. - 2da ed., Rev. y añadir. - M.: Más alto. shk., 1987 .-- 400 p.

3. Dyakov A.N. Modelo del proceso de mantenimiento de la disponibilidad de los equipos tecnológicos con servicio después de fallas Actas de la A.F. Mozhaisky. Asunto 651. Por debajo del total. ed. Yu.V. Kuleshova. - SPb.: VKA que lleva el nombre de A.F. Mozhaisky, 2016 .-- 272 p.

4. Kokarev A.S., Marchenko M.A., Pachin A.V. Desarrollo de un programa integral para mejorar la mantenibilidad de complejos técnicos complejos // Investigación básica... - 2016. - No. 4–3. - S. 501-505.

5. Shura-Bura A.E., Topolsky M.V. Métodos para organizar, calcular y optimizar conjuntos de repuestos para sistemas técnicos complejos. - M.: Conocimiento, 1981 .-- 540 p.

Durante años recientes En la investigación científica dedicada a la creación y operación de sistemas técnicos complejos (STS), se ha desarrollado significativamente el enfoque de aumentar la eficiencia de su funcionamiento mediante la reducción de costos. ciclo vital(Ciclo de vida) de estos sistemas. La gestión de costes del ciclo de vida del CTC le permite ganar superioridad sobre sus competidores optimizando los costes de compra y propiedad de productos.

Este concepto también es relevante para la tecnología espacial y de cohetes. Entonces, en el Programa Espacial Federal de la Federación de Rusia para 2016-2025. la tarea de aumentar la competitividad de los vehículos de lanzamiento existentes y futuros se postula como una de las tareas prioritarias.

Una contribución significativa al costo de los servicios para el lanzamiento de cargas útiles a la órbita se realiza mediante los costos de asegurar la preparación del equipo tecnológico (Tb) de los complejos espaciales y de cohetes (RSC) para el uso objetivo. Estos costos incluyen los costos de compra de juegos de repuestos (repuestos, herramientas y accesorios), su entrega, almacenamiento y mantenimiento.

La cuestión de la justificación de los requisitos para los sistemas de suministro (COP) es objeto de numerosos trabajos de autores como A.E. Shura-Bura, V.P. Grabovetsky, G.N. Cherkesov, en el que se proponen métodos para calcular la estructura óptima de los COP, la nomenclatura y el número de piezas de repuesto. Al mismo tiempo, la frecuencia (estrategia) de reposición de una gama específica de piezas de repuesto, que afecta significativamente el costo de entrega, almacenamiento y mantenimiento de las piezas de repuesto, se considera especificada o permanece fuera del alcance de la investigación.

S1 - estado operable de T10b;

S2 - condición de falla, identificación de la causa de la falla;

S3 - reparación, reemplazo de un elemento de repuestos;

S4 - esperando la entrega del artículo de repuestos si no está en el sitio de operación;

S5 - control del estado técnico después de la reparación.

Arroz. 1. Gráfico del modelo de preparación

tabla 1

Leyes de las transiciones del estado i-ésimo al j-ésimo del gráfico

Propósito del estudio

En este sentido, la tarea de desarrollar un modelo para garantizar la preparación del RSC TOT para el uso objetivo, teniendo en cuenta el costo de la estrategia elegida para reponer las piezas de repuesto, se vuelve especialmente urgente.

Materiales y métodos de investigación

Para determinar el factor de preparación de T10b RKK, usaremos la siguiente expresión:

donde K Гh es el factor de disponibilidad del h-ésimo elemento, dependiendo de los indicadores de confiabilidad, mantenibilidad y conservación;

H es el número de elementos.

Describamos la dependencia del factor de disponibilidad del equipo en los indicadores de confiabilidad, mantenibilidad y preservación del h-ésimo elemento del equipo con un modelo gráfico de los procesos operativos implementados en este equipo.

Supongamos que el equipo puede estar simultáneamente en un solo estado i = 1, 2,…, n del conjunto de posibles E. El flujo de cambio de estado es el más simple. En el momento inicial de tiempo t = 0, el equipo se encuentra en un estado de trabajo S1. Después de un tiempo aleatorio τ1, el equipo cambia instantáneamente a un nuevo estado j∈E con probabilidad p ij ≥ 0, y para cualquier i∈E. El equipo permanece en el estado j durante un tiempo aleatorio antes de pasar al siguiente estado. En este caso, las leyes de las transiciones del i-ésimo al j-ésimo estado del gráfico se pueden representar de la siguiente forma (Tabla 1).

Para construir una relación analítica, se utilizan los siguientes indicadores particulares del sistema de mantenimiento y reparación (MRO):

ω1 es la tasa de falla del elemento;

ω3 - parámetro del flujo de recuperación de fallas (parámetro Erlang);

ω5 es el parámetro del flujo de fallas detectadas durante el control del estado técnico de la condición técnica después de la instalación de los repuestos y accesorios (debido a la expectativa matemática de la vida útil de los repuestos);

TPost: la duración de la espera para la entrega de un artículo de repuestos que está ausente en la instalación de operación;

T d - la duración de los diagnósticos, identificando la causa de la falla, buscando el elemento fallado;

Т Ктс - duración del control del estado técnico después de la sustitución de un elemento de repuesto;

n es el número de repuestos y accesorios de una nomenclatura en el Tlob;

m es el número de elementos de un elemento en el SPTA.

Tabla 2

Dependencias que describen las propiedades del modelo gráfico.

Para obtener las dependencias analíticas que caracterizan al modelo, se utilizó un enfoque conocido, dado en. Para evitar la repetición de las disposiciones conocidas, omitimos la derivación y presentamos las expresiones finales que caracterizan los estados del modelo gráfico (Tabla 2).

Luego, las probabilidades de los estados del proceso semi-Markov investigado:

, (2)

, (3)

, (4)

, (5)

. (6)

Las dependencias obtenidas determinan las probabilidades de encontrar el elemento T10b en los estados del proceso operativo investigado. Entonces, por ejemplo, el indicador P1 es un indicador complejo de confiabilidad: el factor de disponibilidad y la expresión (2) modela la relación entre los parámetros de confiabilidad, mantenibilidad, preservación y el indicador integral, que se usa como KГh.

Sustituyendo en la expresión (2) las expresiones de las características operativas y técnicas del equipo de la tabla. 2, obtenemos una expresión que nos permite evaluar la influencia de elementos de una nomenclatura en el factor de disponibilidad del equipo:

(7)

donde λ h es la tasa de falla del h-ésimo elemento;

t2h - expectativa matemática de la duración del monitoreo de la condición técnica;

t3h - expectativa matemática del tiempo de recuperación;

t4h es la expectativa matemática del tiempo de espera para la entrega del h-ésimo artículo de repuestos, que están ausentes en la instalación operativa;

t5h - expectativa matemática de la vida útil del elemento h-ésimo de las piezas de repuesto y accesorios;

Т7h - expectativa matemática de la duración del control del estado técnico;

Т10h - período de reposición del h-ésimo elemento de repuestos.

El modelo propuesto se diferencia de los conocidos en que permite calcular el valor de KG T10b RCC, en función de los parámetros de su fiabilidad, mantenibilidad y conservación.

Para determinar el costo de implementar la estrategia para reponer artículos de repuestos para un artículo durante la vida útil asignada del equipo, puede usar la siguiente expresión:

dónde es el costo de almacenar un artículo de repuestos para un artículo durante el período de vida útil asignada Tlob;

Costos por el suministro de repuestos y accesorios del mismo artículo en lugar de los consumidos durante la vida útil asignada del Tlob;

El costo de mantener un artículo de repuestos y accesorios de un artículo.

La cantidad de repuestos y accesorios de un artículo necesarios para garantizar el nivel requerido de preparación del TOT durante el período de reabastecimiento.

Resultados de la investigación y su discusión

Consideremos el uso de modelos para elegir las estrategias óptimas para reponer el conjunto de repuestos para la unidad de llenado, asegurando que el factor de disponibilidad de la unidad no sea menor a 0,99 durante 10 años de operación.

Deje que el flujo de falla sea el más simple, el parámetro de flujo de falla se tomará igual a la tasa de falla. De manera similar, tomamos los parámetros de flujo ω3 y ω5 como cantidades inversamente proporcionales a expectativas matemáticas las duraciones de los procesos correspondientes.

Para realizar los cálculos, consideraremos tres opciones de estrategias para reponer un conjunto de repuestos, que son casos límite:

Marcador de por vida;

Reposición periódica (con un período de 1 año);

Reposición continua.

Mesa 3 muestra los resultados de los cálculos de un juego de repuestos para la unidad 11G101, obtenidos utilizando los modelos descritos anteriormente.

Tabla 3

Resultados de cálculo

Del análisis de la tabla. 3 se deduce que para los artículos 1 y 4, la estrategia óptima es el reabastecimiento periódico de las piezas de repuesto, y para los artículos 2, 3 y 5, el reabastecimiento continuo.

Propuesto nuevo modelo asegurando la preparación del RKK TDS, que se puede utilizar para resolver el problema de determinar el conjunto de estrategias óptimas para reponer los elementos de las piezas de repuesto para cada nomenclatura de acuerdo con el criterio de "disponibilidad - costo", teniendo en cuenta los parámetros de confiabilidad , mantenibilidad y conservación.

Referencia bibliográfica

El objetivo de la política estatal en el sector espacial y de cohetes prevé la formación de una industria espacial y de cohetes económicamente estable, competitiva y diversificada, que garantice el acceso garantizado y la presencia necesaria de Rusia en el espacio ultraterrestre.

Las inversiones de capital para reconstrucción y reequipamiento técnico incluyen:

apoyo a la inversión dirigida para la introducción de equipos tecnológicos especiales que aseguren la implementación de las tecnologías básicas para la producción de cohetes y vehículos espaciales previstos por el FKPR-2015 y el programa de objetivos federal "Desarrollo del OPK-2015";

elevar el nivel técnico general de las empresas que producen vehículos espaciales cohete mediante la automatización de procesos tecnológicos que reducen la intensidad de la mano de obra, mejoran la calidad y confiabilidad de los vehículos espaciales cohete;

creación de condiciones tecnológicas para la introducción generalizada de procesos tecnológicos de la información (tecnologías IPI).

La mayor parte de estas inversiones se forma en el marco de la FKPR-2015 y el Programa Federal Target "Desarrollo del OPK-2015".

Las direcciones prioritarias de la política estatal en esta área son las siguientes.

El primero es la creación de complejos y sistemas espaciales de una nueva generación con características técnicas asegurando su alta competitividad en el mercado mundial:

desarrollo medios modernos lanzamiento (modernización de los vehículos de lanzamiento existentes y desarrollo de nuevos vehículos de lanzamiento y etapas superiores, creación de un vehículo de lanzamiento de clase media para el lanzamiento de una nueva generación de naves espaciales tripuladas), satélites espaciales con una vida activa prolongada;

preparación para la ejecución de proyectos innovadores en el campo de las tecnologías espaciales y la investigación espacial.

El segundo es la finalización de la creación y desarrollo del sistema GLONASS:

despliegue de una constelación de satélites basada en vehículos de nueva generación con una larga vida activa (al menos 12 años) y características técnicas mejoradas;

creación de un complejo de control terrestre y creación de equipos para usuarios finales, su promoción al mercado mundial, asegurando la interfaz entre GLONASS y equipos GPS.

En tercer lugar, el desarrollo de una constelación de satélites, incluida la creación de una constelación de satélites de comunicaciones, asegurando el crecimiento del uso de todo tipo de comunicaciones: fijas, móviles, personales (en todo el mundo). Federación Rusa); creación de una constelación de satélites meteorológicos capaces de transmitir información en tiempo real.

A largo plazo, los intereses de mantener una alta competitividad en el mercado de transmisión de información requerirán un salto cualitativo en el aumento del intervalo de "existencia competitiva" de los satélites de comunicaciones. Esto solo se puede lograr mediante la creación de una tecnología para la producción de satélites de comunicación "reutilizables", es decir, los que serán inicialmente diseñados y construidos con posibilidad de su mantenimiento, repostaje, reparación y modernización directamente en órbita. El resultado de tal desarrollo tecnológico puede ser el surgimiento para 2025 de plataformas orbitales masivas, que albergarán varios equipos de destino y otros equipos, incl. energía, lo que permite el mantenimiento o la sustitución. En este caso, el mercado de producción de satélites sufrirá importantes cambios estructurales y cuantitativos.

Al mismo tiempo, a pesar de que actualmente Producción rusa Los satélites prácticamente no están representados ni en el mercado de productos terminados ni en el mercado de componentes individuales, Rusia debe continuar sus esfuerzos para ingresar a este segmento del mercado. Además, el objetivo de estos esfuerzos puede no ser solo la conquista de algunos cuota de mercado sino los intereses del desarrollo tecnológico y la seguridad nacional.

Desde este punto de vista, el más interesante es el proyecto internacional Blinis, el programa de transferencia de tecnología para la integración del módulo de carga útil entre Thales Alenia Space (Francia) y la Mecánica Aplicada NPO de la Empresa Unitaria del Estado Federal. M.F. Reshetneva.

Cuarto, expandir la presencia de Rusia en el mercado espacial global:

mantener una posición de liderazgo en los mercados tradicionales de servicios espaciales (lanzamientos comerciales - hasta un 30%);

expandir la presencia en el mercado para la producción de naves espaciales comerciales, expandir la promoción de componentes individuales de tecnología espacial y de cohetes y tecnologías relacionadas en los mercados extranjeros;

acceso a los sectores de alta tecnología del mercado mundial (producción de equipos terrestres para comunicaciones y navegación por satélite, teledetección de la tierra);

creación y modernización del sistema del segmento ruso de la estación espacial internacional (ISS).

Todos los segmentos del mercado para la producción de soportes se caracterizan actualmente por un exceso de oferta sobre la demanda y, en consecuencia, un alto nivel de competencia interna, en medio del estancamiento del mercado de producción de satélites a principios de la década de 2000. esto ya ha provocado una caída significativa de los precios en el mercado de lanzamiento.

A mediano plazo, en medio de un ligero aumento en la cantidad de satélites producidos, el nivel de competencia en el mercado en todos los segmentos aumentará aún más cuando los operadores "pesados" y "ligeros" de países como Japón, China e India ingresen al mercado .

A largo plazo, el volumen y la estructura del mercado de operadores dependerán directamente de la situación en los mercados "líderes" en relación con él: información y producción de satélites, en particular:

en el mercado de los transportistas "pesados" y "medianos" de la transición a los satélites de comunicaciones "reutilizables", el desarrollo de mercados para la producción espacial y el turismo espacial;

en el mercado de los transportistas "ligeros" de la posibilidad de transferir información ERS a la categoría de "bienes de red".

Quinto, cambios organizativos en la industria espacial y de los cohetes.

Para 2015, se formarán tres o cuatro grandes corporaciones espaciales y de cohetes rusas, que para 2020 ingresarán desarrollo independiente y proporcionará completamente el lanzamiento de tecnología espacial y de cohetes para resolver desafíos económicos, tareas de defensa y seguridad del país, actividades efectivas de Rusia en los mercados internacionales.

Sexto: modernización de la infraestructura espacial terrestre y nivel tecnológico de la industria espacial y de cohetes:

reequipamiento técnico y tecnológico de empresas industriales, introducción de nuevas tecnologías, optimización estructura tecnológica industria;

desarrollo del sistema cosmódromo, equipando las instalaciones de control terrestre con nuevos equipos, sistemas de comunicación, base experimental y de producción de la industria espacial y de cohetes.

Con una versión inercial de desarrollo, producción cohete y espacio industria para 2020 - en un 55-60% al nivel de 2007.

• 1. Reequipamiento parcial técnico y tecnológico de la industria;
• 2. Implementación de interinstitucional y departamental programas dirigidos;

necesidades estatales en activos y servicios espaciales para las esferas de defensa, socioeconómica y científica, la implementación del programa federal de objetivos "GLONASS" y la creación de un espacio competitivo sistema de transporte con un vehículo de lanzamiento de clase media de mayor capacidad de carga.

Con una opción de desarrollo innovadora, la producción de productos de la industria espacial y de cohetes crecerá en 2020, 2,6 veces en comparación con el nivel de 2007.

El crecimiento de la producción bajo esta opción estará asegurado por:

• 1. Reequipamiento técnico y tecnológico intensivo desde 2008;
• 2. Implementación de una lista completa de programas de objetivos federales y departamentales que aseguren el desarrollo de la industria espacial y de cohetes y la posibilidad de crear una nueva generación de tecnología espacial y de cohetes a partir de 2012;
• 3. Brindar satisfacción incondicional

las necesidades estatales de vehículos y servicios espaciales para las esferas de defensa, socioeconómica y científica, además del escenario inercial por la implementación del proyecto de un prometedor sistema de transporte tripulado;

4. Finalización de tareas organizativas y estructurales

las transformaciones de las empresas en la industria y la creación de estructuras integradas troncales vinculadas por una única dirección de actividad y relaciones de propiedad;

• 5. Asegurar el nivel de utilización de la capacidad de producción para 2020, 75 por ciento;
• 6. Implementación total de un programa a largo plazo de investigación y experimentos científicos y aplicados en diversas áreas científicas con la creación de una reserva de hardware avanzada para la industria espacial y de cohetes;
• 7. Construcción del cosmódromo de Vostochny para proporcionar a la Federación de Rusia acceso independiente al espacio en todo el espectro de tareas por resolver;
• 8. Resolviendo los problemas de personal de la industria.

Un aumento adicional en la producción de productos de la industria espacial y de cohetes según la versión innovadora en relación con la inercial ascenderá a 115-117 mil millones de rublos en 2020.