Complessi di razzi e spaziali. Sviluppo di sistemi di lancio di razzi e spaziali Equipaggiamento tecnologico di razzi domestici e complessi spaziali

, controlli, progettazione di missili balistici, stadi superiori, sistemi di lancio di razzi e spaziali, veicoli di lancio, bozzelli di ugelli, traiettorie di volo, sistemi spaziali di trasporto

Sulla base di una grande quantità di materiale fattuale, vengono tracciate in dettaglio le fasi principali dello sviluppo dei sistemi di lancio spaziale-razziale e vengono presentate le direzioni per il loro miglioramento. Dettagliato analisi comparativa caratteristiche dei missili balistici a lungo raggio e dei veicoli di lancio nazionali ed esteri, compresi i sistemi di trasporto spaziale riutilizzabili. Vengono indicate le basi del design e le caratteristiche del design dei razzi e dei veicoli di lancio nello spazio.

Per gli studenti delle università tecniche che studiano in specialità e aree missilistiche e spaziali, nonché per tutti coloro che sono interessati alla storia dello sviluppo della tecnologia missilistica e spaziale e alle prospettive per il suo miglioramento.

SOMMARIO
Parte 1. Fondamenti dei sistemi di lancio di razzi e spaziali
Capitolo 1. Missili balistici come base per la creazione di veicoli di lancio
1.1. Preistoria e fasi iniziali della creazione del primo MRBM
1.2. Concetti e termini di base
1.3. Miglioramento del design e del layout dei missili a stadio singolo per aumentare la portata e il passaggio a MRBM multistadio
Capitolo 2. Caratteristiche della progettazione dei missili balistici a lungo raggio
2.1. Missili a stadio singolo
2.2. Razzi multistadio
2.3. Caratteristiche dei missili da combattimento
Capitolo 3. Influenza delle caratteristiche della traiettoria sul controllo del volo del missile
3.1. Funzioni del sistema di controllo
3.2. Organi di governo
3.3. Sviluppo del design dell'unità dell'ugello del razzo a propellente solido
3.4. L'uso di un ugello retrattile su un motore a razzo
Capitolo 4. Compito generale del controllo di volo
4.1. Metodi di controllo di base
4.2. Metodo di controllo lungo la traiettoria "rigida"
4.3. Apparente sistema di controllo della velocità
4.4. Sistema di svuotamento sincrono del serbatoio
4.5. Metodo di controllo della traiettoria flessibile
4.6. Metodo di controllo con correzione sulla parte passiva della traiettoria
Capitolo 5. Sviluppo di progetti di missili balistici intercontinentali e veicoli di lancio
5.1. Principali direzioni di sviluppo
5.2. Basamento di veicoli di lancio e missili balistici da combattimento
5.3. Caratteristiche di separazione della testata e separazione degli stadi nei razzi con propellenti solidi
5.4. Veicolo di lancio "Proton"
5.5. Uso di propellenti criogenici nei veicoli di lancio
5.6. Veicolo di lancio "Saturn-V"
5.7. Veicolo di lancio N-1
5.8. L'uso di propellenti solidi come stadio "zero" (booster) nei veicoli di lancio
5.9. L'uso di motori ibridi nelle unità a razzo
5.10. Palchi superiori, o veicoli di trasporto interorbitali
5.11. Sistemi di trasporto spaziale riutilizzabili
5.12. Missili balistici sottomarini
Capitolo 6. All'avanguardia e tendenze di sviluppo dei veicoli di lancio
6.1. Sviluppo del design di razzi portanti della famiglia Soyuz (R-7)
6.2. Veicoli di lancio della famiglia Rus-M e un promettente veicolo spaziale con equipaggio di nuova generazione
6.3. Famiglia di veicoli di lancio Angara
6.4. Veicoli di lancio di conversione
6.5. Tendenze generali nello sviluppo dei sistemi di lancio

Parte 2. Fondamenti della progettazione di missili balistici a lungo raggio e veicoli di lancio
Capitolo 7. Problema di progettazione generale
7.1. Fasi di progettazione
7.2. Requisiti tattici e tecnici di base
7.3. Criteri di ottimizzazione e problema generale di progettazione
Capitolo 8. Analisi balistica e di massa
8.1. Analisi delle forze agenti sul razzo in volo sul ramo attivo della traiettoria
8.2. Le equazioni del moto del razzo sulla parte attiva della traiettoria
8.3. Equazioni del moto di un razzo in un sistema di coordinate polari
8.4. Cambiamenti nelle caratteristiche di volo di un razzo durante il volo
8.5. Determinazione approssimativa dell'autonomia di volo. Compiti della sezione passiva della traiettoria
8.6. Le equazioni del moto del razzo sulla sezione attiva della traiettoria in funzione dei principali parametri di progetto
8.7. Una determinazione approssimativa della velocità di un razzo
8.8. Influenza dei principali parametri di progettazione sulla velocità di volo del razzo
8.9. Influenza dei principali parametri di progettazione sul raggio di volo del missile
8.10. Analisi di massa di un razzo a propellente liquido a stadio singolo
Capitolo 9. Caratteristiche della scelta dei principali parametri di progettazione di un razzo multistadio
9.1. Terminologia di base
9.2. Determinazione della velocità di un razzo multistadio
9.3. Determinazione dei principali parametri di progettazione di un razzo multistadio
Appendice. Programmi di selezione dei parametri di progettazione balistica

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Razzo e complesso spaziale (RSC)

Una serie di razzi o razzi spaziali (ILV) con mezzi e strutture tecniche funzionalmente interconnessi, progettati per garantire il trasporto, lo stoccaggio, l'impiego e la manutenzione in condizioni di prontezza stabilite, Manutenzione, preparazione, lancio e controllo del volo ILV presso il sito di lancio. Include ILV, strutture del complesso tecnico (TC), strutture del complesso di lancio (SC), strutture del complesso di misurazione del cosmodromo (IKK).

Un razzo spaziale, un assemblaggio di un razzo vettore con una testata spaziale (CGC), che consiste in un veicolo spaziale (SC) insieme a stadi protettivi per l'assemblaggio e superiori. Testata spaziale, un insieme di veicoli spaziali con stadi protettivi e superiori prefabbricati. stadio superiore in casi individuali potrebbe essere assente.

Complesso di lancio, un insieme di mezzi e strutture tecniche mobili e fisse tecnologicamente e funzionalmente interconnessi che assicurano ogni tipo di lavoro con l'ILV e (o) esso parti costitutive dal momento in cui l'ILV arriva dalla posizione tecnica fino al completamento delle necessarie operazioni di pre-lancio con gli elementi dell'ILV, e durante le prove dell'ILV e il mancato lancio dell'ILV fino al ritorno dell'ILV all'ufficio tecnico posizione. Situato nella posizione di partenza. Prevede: consegna dell'ILV dal complesso tecnico al lanciatore (PU), la sua installazione sul lanciatore, puntamento, rifornimento con componenti propellenti e gas compressi, test, esecuzione di tutte le operazioni per preparare l'ILV al lancio e al suo lancio. Il SC comprende: uno o più lanciatori, strutture con sistemi tecnici che forniscono preparazione e lancio ILV, un posto di comando di lancio.

PU può essere implementato nelle seguenti versioni: terra fissa; metro fisso (mio); terreno mobile (terra e rotaia); sotterraneo mobile (trincea); marina mobile (acceso piattaforme offshore, navi di superficie e sottomarini); aria mobile (avviamento aereo).

Un complesso tecnico, un insieme di complessi tecnici di un veicolo di lancio, un veicolo spaziale, uno stadio superiore, una testata spaziale, un razzo spaziale e altri mezzi tecnici comuni ai razzi spaziali. A seconda dello scopo del TC RKK, uno dei tipi di complessi tecnici potrebbe essere assente.

Posizione tecnica, zona con strade di accesso, servizi, fabbricati e strutture.

Razzo e complesso spaziale "Soyuz"

Il razzo Soyuz e il complesso spaziale sono i più antichi del cosmodromo di Baikonur. Gli eventi più sorprendenti nella storia della cosmonautica mondiale sono associati al funzionamento di questo complesso. I più significativi tra questi sono il lancio il 4 ottobre 1957 del primo satellite artificiale terrestre al mondo e il volo il 12 aprile 1961 del primo cosmonauta del pianeta, Yuri Alekseevich Gagarin.

Il complesso è stato creato sulla base del missile balistico intercontinentale R-7, il famoso "sette" reale. Le sue modifiche sono ampiamente conosciute in tutto il mondo con i nomi Sputnik, Vostok, Voskhod, Molniya e Soyuz.

Il numero di lanci di veicoli spaziali effettuati utilizzando il razzo Soyuz e il complesso spaziale si sta già avvicinando al migliaio. Solo 27 non hanno avuto successo.L'elevata affidabilità del complesso consente di essere ampiamente utilizzato nell'attuazione del Programma spaziale federale della Russia e nei programmi di cooperazione internazionale.

Per il lancio di razzi vettore Soyuz, sono stati costruiti due siti di lancio nel cosmodromo, uno dei quali è stato creato nel 1957, l'altro - nel 1961. I siti di lancio occupano un vasto territorio (più di 100 ettari) e hanno un lanciatore ciascuno dei quali è in grado di eseguire fino a 24 lanci di razzi vettori all'anno.

La preparazione di razzi portanti e veicoli spaziali per il lancio viene effettuata in cinque edifici di assemblaggio e test. Apparecchi e attrezzature speciali forniscono le condizioni di temperatura, umidità e finitura necessarie, un elenco completo di operazioni tecnologiche per la preparazione di veicoli di lancio, blocchi di richiamo e veicoli spaziali per il lancio.

Il veicolo di lancio Soyuz utilizza propellenti rispettosi dell'ambiente; cherosene e ossigeno liquido. Durante il lancio, il razzo pesa circa 310 tonnellate e i suoi motori sviluppano una spinta totale fino a 400 tonnellate sulla superficie della terra. I parametri tecnici del razzo consentono di lanciare un carico utile fino a 7 tonnellate nell'orbita di riferimento.

Razzo e complesso spaziale "Proton"

Il razzo Proton e il complesso spaziale è uno dei principali del cosmodromo di Baikonur. Grazie alle soluzioni scientifiche e tecniche avanzate in esso incorporate, questo complesso, in termini di affidabilità e molti altri indicatori, è il migliore al mondo tra i sistemi di lancio di una classe simile. I voli di stazioni interplanetarie automatiche con atterraggi di veicoli spaziali sulla Luna, Venere e Marte, nonché il lancio di stazioni orbitali a lungo termine Salyut e Mir, i satelliti di comunicazione e trasmissione televisiva in orbita geostazionaria vengono effettuati utilizzando il complesso Proton.

Il complesso si basa su un veicolo di lancio a tre stadi "Proton" con una lunghezza di 44,3 metri e una sezione trasversale massima di 7,4 metri. Alla superficie della terra, i suoi motori sviluppano una spinta di 900 tonnellate. Il razzo è in grado di iniettare un carico utile fino a 20 tonnellate in un'orbita di riferimento e, quando si utilizza uno stadio superiore, un satellite che pesa fino a 3,5 tonnellate in un'orbita geostazionaria. Il primo lancio del Proton avvenne il 16 luglio 1965. Ora il numero di lanci supera i 250, di cui solo 11 falliti.

La preparazione dei veicoli di lancio, dei blocchi booster e dei veicoli spaziali per il lancio viene effettuata in postazioni tecniche, che si trovano in quattro edifici di assemblaggio e test. Le postazioni tecniche sono dotate di attrezzature tecnologiche speciali e tecniche generali, strade di accesso e utenze. Sono progettati per ricevere veicoli di lancio e carichi utili dagli impianti di produzione, immagazzinarli, assemblarli e testarli. Qui, i veicoli spaziali sono alimentati con propellenti e gas compressi e i carichi utili sono attraccati per lanciare i veicoli.

L'edificio di montaggio e prove del veicolo di lancio Proton è una struttura unica costituita da una sala di montaggio e prove con una superficie di oltre 1.500 metri quadrati e molti spazio ufficio con sale di controllo, sale di controllo, laboratori e altri servizi.

I veicoli di lancio Proton vengono lanciati da due siti di lancio, ognuno dei quali ha due siti di lancio, un posto di comando, strutture di stoccaggio di carburante e ossidante, centri di refrigerazione, sottostazioni ad alta tensione e altre infrastrutture.

Nel 1996, Proton è stato il primo veicolo di lancio nazionale ad entrare nel mercato mondiale dei servizi di lancio di veicoli spaziali commerciali e International Launch Services è impegnato nella sua commercializzazione.

Durante il suo funzionamento, il razzo è stato ripetutamente migliorato. Ora la fase successiva della sua modernizzazione sta volgendo al termine. Il nuovo Proton-M avrà un sistema di controllo migliorato. L'inquinamento dell'ambiente con residui di combustibile nelle aree di caduta delle fasi esaurite diminuirà.

Razzo e complesso spaziale "Zenith"

Il più recente tra i complessi di razzi e spaziali del cosmodromo di Baikonur è Zenit. La sua creazione è iniziata nel 1976 ed è stata effettuata parallelamente allo sviluppo del sistema spaziale riutilizzabile Energia-Buran. I primi stadi modificati del veicolo di lancio Zenit sono stati utilizzati come blocchi laterali del veicolo di lancio Energia.

Il veicolo di lancio Zenit ha un design a due stadi ed è in grado di iniettare un carico utile fino a 13,7 tonnellate in un'orbita di riferimento con un'altitudine di 200 km e un'inclinazione di 51°. Entrambe le fasi utilizzano componenti del carburante ecocompatibili: ossigeno liquido e cherosene.

Il sito di lancio, che copre un'area di 113 ettari, dispone di due lanciatori, un centro criogenico e più di 50 sistemi tecnologici. Tutte le operazioni per il trasporto, l'installazione del razzo sul dispositivo di lancio, l'attracco del rifornimento e altre comunicazioni vengono eseguite automaticamente. Il razzo può essere lanciato entro un'ora e mezza dalla sua installazione sulla struttura di lancio. Anche se il lancio viene annullato, il lavoro per riportare il razzo al suo stato originale viene eseguito quando telecomando dal posto di comando.

La posizione tecnica del razzo Zenit e del complesso spaziale comprende un edificio di assemblaggio e test, strutture di stoccaggio per veicoli di lancio e veicoli spaziali, edifici tecnici e altre strutture.

Alla fine degli anni '80, i programmi spaziali del paese furono seriamente ridotti. Molti nuovi satelliti mirati allo Zenit non sono mai stati creati. Pertanto, il carico sul razzo e sul complesso spaziale era basso: sono stati effettuati un totale di 32 lanci. Allo stesso tempo, sono nati i creatori del complesso nuova idea per effettuare lanci del razzo vettore dalla piattaforma galleggiante. Pertanto, le sue capacità vengono notevolmente ampliate spostando il punto di partenza verso l'equatore. Il progetto è stato chiamato Sea Launch. Vi partecipano aziende ucraine. Russia, Stati Uniti e Norvegia. Il primo lancio di successo di Zenit-31 dalla piattaforma Odyssey è avvenuto il 28 marzo 1999.

Razzo e complesso spaziale "Cyclone"

La direzione generale del lavoro durante la creazione del razzo Cyclone e del complesso spaziale era quella di migliorare la sicurezza del personale di servizio durante la preparazione del veicolo di lancio nel sito di lancio. Gli sviluppatori di "Cyclone" sono riusciti a implementare completamente il concetto di "inizio deserto". Durante la preparazione al lancio del veicolo di lancio e della navicella spaziale sul lanciatore, tutte le apparecchiature del complesso sono controllate a distanza dal posto di comando.

Il veicolo di lancio Cyclone si basa sul missile balistico intercontinentale R-36 sviluppato dall'ufficio di progettazione Yuzhnoye sotto la guida del capo progettista M.K. Yangel.

Il veicolo di lancio Cyclone è stato lanciato nel 1967. La massa di lancio di questo razzo a due stadi (esclusa la massa del veicolo spaziale) è di 178,6 tonnellate. Il razzo Cyclone fornisce un veicolo spaziale con una massa di 3,2 e 2,7 tonnellate, rispettivamente, in orbite circolari con un'altitudine di 200 km e un'inclinazione di 65 ° e 90 °. Al momento, questo razzo viene utilizzato solo per il lancio di veicoli spaziali della serie Cosmos.

Gli elementi dell'infrastruttura terrestre del razzo Cyclone e del complesso spaziale si trovano in modo compatto sul fianco sinistro del cosmodromo. Il sito di lancio è dotato di due lanciatori, uno dei quali ora è fuori servizio. La preparazione del veicolo di lancio e dei carichi utili viene eseguita in un unico edificio di assemblaggio e collaudo.

Lo svantaggio del razzo Cyclone e del complesso spaziale è l'elevata tossicità dei componenti del propellente, che crea un pericolo di inquinamento ambientale in caso di incidente. Tuttavia, questo svantaggio è ampiamente compensato dall'elevata affidabilità del complesso. Ad oggi sono già stati effettuati più di cento lanci del razzo vettore Cyclone, di cui non uno solo di emergenza.

Complesso spaziale e missilistico "Energia-Buran"

Il complesso spaziale e missilistico Energia-Buran comprende il veicolo di lancio super pesante universale Energia, il veicolo spaziale orbitale Buran, nonché le infrastrutture spaziali terrestri del veicolo di lancio e del veicolo orbitale.

Il veicolo di lancio Energia è un razzo a due stadi realizzato secondo lo schema del "pacchetto" con posizionamento laterale del carico utile prelevato. Il suo primo stadio è costituito da quattro blocchi laterali di 40 m di altezza e 4 m di diametro. il secondo stadio - sul carburante ossigeno-idrogeno. Il peso di lancio del veicolo di lancio è di 2.400 tonnellate. Energia è in grado di lanciare un carico utile di oltre 100 tonnellate nello spazio vicino alla Terra. Molte imprese del paese, guidate dalla Rocket and Space Corporation Energia intitolata a V.I. S.P. Regina. La creazione del complesso spaziale e missilistico è diventata un risultato eccezionale dei progettisti nazionali di tecnologia missilistica e spaziale.

Il veicolo spaziale orbitale "Buran" è un veicolo spaziale riutilizzabile in grado di effettuare voli a lungo termine, manovre orbitali, discesa controllata e atterraggio di aerei in un aeroporto appositamente attrezzato.

Con l'aiuto di Buran, astronauti e carichi utili fino a 30 tonnellate possono essere consegnati nello spazio e riportati sulla Terra, nonché la riparazione e la manutenzione di veicoli spaziali direttamente in orbita. La lunghezza della nave orbitale è di 36,4 m, l'altezza è di 16,45 m, il peso massimo di lancio è di 105 tonnellate.

Il complesso tecnico del sistema spaziale riutilizzabile (ISS) "Energia-Buran" si trova a 5 km dal sito di lancio e comprende strutture di dimensioni davvero grandiose. Questi includono l'assemblaggio e la costruzione di test del veicolo di lancio Energia, dove il veicolo di lancio viene assemblato e subisce l'intero ciclo di test. È l'edificio più grande del cosmodromo, ha cinque campate, la sua lunghezza è di 240 m, la larghezza è di 190 m e l'altezza è di 47 m.. Nei giorni più intensi, qui lavoravano contemporaneamente fino a 2.000 persone. L'assemblaggio e l'edificio di prova del veicolo spaziale orbitale "Buran" è leggermente più piccolo, ha una lunghezza di 224 m, una larghezza di 122 me un'altezza di 34 m. Nei suoi locali, è possibile eseguire contemporaneamente la preparazione di tre navi orbitali .

L'ISS Energia-Buran Launch Complex è un enorme complesso a terra che copre un'area di oltre 1000 ettari. Si compone di diverse decine di strutture che ospitano più di 50 impianti tecnologici e 200 tecnici.

La struttura di lancio della ISS Energia-Buran è una struttura in cemento armato interrata in cinque piani con apparecchiature di controllo e collaudo e altre apparecchiature. Due binari ferroviari, distanti 18 m l'uno dall'altro, conducono dall'edificio di montaggio e rifornimento alla struttura di lancio, sui quali quattro locomotive diesel utilizzano questi binari per estrarre l'unità di montaggio dei trasporti con il veicolo di lancio Energia e il veicolo orbitale Buran ad esso collegato.

Il complesso di lancio comprende un complesso "stand-start" universale, che non solo fornisce la preparazione e il lancio del veicolo di lancio, ma anche con il suo aiuto, verranno eseguiti test dinamici e di sparo e la tecnologia per il rifornimento del veicolo di lancio Energia è in fase di sviluppo.

Tutti i sistemi di lancio sono controllati dalla moderna tecnologia sospetta dal posto di comando. Un alto grado di automazione dei processi di controllo fornisce la capacità di rilevare ed eliminare più di 500 situazioni di emergenza previste dal programma.

Una struttura unica è il complesso di atterraggio del veicolo spaziale orbitale "Buran", che in precedenza includeva l'aeroporto principale di Yubileiny (Baikonur) e due di riserva (Simferopol e Khorol). È progettato per consegnare la nave dallo stabilimento di produzione, per garantire il suo atterraggio al ritorno sulla Terra, nonché per il servizio post-volo. Oltre al suo scopo principale, il complesso di atterraggio può essere utilizzato come aeroporto e ricevere aeromobili di qualsiasi classe. La pista del complesso di atterraggio è lunga 4,5 km e larga 84 m.

I lanci del razzo vettore Energia, effettuati il ​​15 maggio 1987 con un mock-up della navicella Polyus e il 15 novembre 1988, con l'orbiter Buran in versione senza equipaggio, rappresentano un enorme passo avanti nella scienza e nella tecnologia russa in creare nuovi mezzi di sviluppo e di esplorazione dello spazio.

La creazione della ISS Energia-Buran potrebbe diventare una nuova tappa nel rapido sviluppo della tecnologia spaziale e missilistica russa. Tuttavia, a causa di problemi economici, sono stati sospesi ulteriori lavori sul razzo Energia-Buran e sul complesso spaziale.

Le basi scientifiche e tecniche accumulate nel processo di creazione del razzo Energia-Buran e del complesso spaziale sono un prezioso tesoro nazionale ed è attualmente ampiamente utilizzato in molte aree. attività umana.
Foto da RSC Energia-Buran

Questo articolo è dedicato alla descrizione di un modello per garantire la prontezza dell'equipaggiamento tecnologico di complessi spaziali e missilistici per l'uso target, tenendo conto del costo della strategia scelta per il rifornimento dei pezzi di ricambio. Il problema di determinare l'insieme delle strategie ottimali per il rifornimento degli elementi di parti di ricambio e accessori di ciascuna nomenclatura secondo il criterio "prontezza - costo" si sostanzia, tenendo conto dei parametri di affidabilità, manutenibilità e conservazione. Per risolvere il problema dell'ottimizzazione, vengono analizzati i modelli noti per sostanziare i requisiti per i sistemi di approvvigionamento di inventario, che si basano su metodi per calcolare la loro struttura ottimale, nomenclatura e numero di pezzi di ricambio, nonché la frequenza di rifornimento di uno specifico gamma di pezzi di ricambio. Il modello proposto consente di determinare l'importo dei costi per l'attuazione della strategia di rifornimento degli elementi dei pezzi di ricambio per la stessa gamma durante la vita di servizio assegnata dell'apparecchiatura in base all'uso del criterio "prontezza - costo" e prende conto dei parametri di affidabilità, manutenibilità e conservazione di questa apparecchiatura. L'articolo fornisce un esempio dell'uso dei modelli per la scelta delle strategie ottimali per il rifornimento del set di pezzi di ricambio per un'unità di riempimento.

modello di preparazione

intensità delle risorse dei processi operativi

sistemi di alimentazione

fattore di disponibilità

1. Boyarshinov S.N., Dyakov A.N., Reshetnikov D.V. Modellazione del sistema per il mantenimento dello stato operativo di sistemi tecnici complessi // Vooruzhenie i ekonomika. - M.: Regionale organizzazione pubblica"Accademia dei problemi dell'economia e delle finanze militari", 2016. - N. 3 (36). - Pag. 35-43.

2. Volkov L.I. Gestione dell'esercizio di complessi aeronautici: libro di testo. manuale per istituti tecnici. - 2a ed., Rev. e aggiungi. - M.: Superiore. shk., 1987 .-- 400 p.

3. Dyakov A.N. Modello del processo di mantenimento della prontezza delle apparecchiature tecnologiche con servizio dopo il guasto.Atti dell'A.F. Mozhaisky. Problema 651. Sotto totale. ed. Yu.V. Kuleshova. - SPb.: VKA intitolato ad A.F. Mozhaisky, 2016 .-- 272 p.

4. Kokarev A.S., Marchenko M.A., Pachin A.V. Sviluppo di un programma completo per migliorare la manutenibilità di complessi tecnici complessi // Ricerca di base... - 2016. - N. 4–3. - S. 501-505.

5. Shura-Bura A.E., Topolsky M.V. Metodi per organizzare, calcolare e ottimizzare insiemi di elementi di ricambio per sistemi tecnici complessi. - M .: Conoscenza, 1981 .-- 540 p.

In occasione anni recenti nella ricerca scientifica dedicata alla creazione e al funzionamento di sistemi tecnici complessi (STS), l'approccio per aumentare l'efficienza del loro funzionamento riducendo i costi è stato notevolmente sviluppato ciclo vitale(ciclo di vita) di questi sistemi. La gestione dei costi del ciclo di vita del CTC consente di ottenere una superiorità rispetto ai concorrenti ottimizzando i costi di acquisto e di proprietà dei prodotti.

Questo concetto è rilevante anche per la tecnologia missilistica e spaziale. Quindi, nel programma spaziale federale della Federazione Russa per il 2016-2025. il compito di aumentare la competitività dei veicoli di lancio esistenti e futuri è postulato come uno dei compiti prioritari.

Un contributo significativo al costo dei servizi per il lancio di carichi utili in orbita è dato dai costi per garantire la prontezza delle apparecchiature tecnologiche (Tb) dei razzi e dei complessi spaziali (RSC) per l'uso target. Questi costi includono i costi per l'acquisto di set di pezzi di ricambio (pezzi di ricambio, strumenti e accessori), la loro consegna, stoccaggio e manutenzione.

La questione della giustificazione dei requisiti per i sistemi di approvvigionamento (POP) è oggetto di molti lavori di autori come A.E. Shura Bura, V.P. Grabovetsky, G.N. Cherkesov, in cui vengono proposti metodi per calcolare la struttura ottimale dei POP, la nomenclatura e il numero di pezzi di ricambio. Allo stesso tempo, la frequenza (strategia) di rifornimento di una gamma specifica di pezzi di ricambio, che incide in modo significativo sul costo di consegna, stoccaggio e manutenzione dei pezzi di ricambio, è considerata specificata o rimane al di fuori dell'ambito della ricerca.

S1 - stato operabile di TlOb;

S2 - condizione di guasto, identificazione della causa del guasto;

S3 - riparazione, sostituzione di un elemento di ricambio;

S4 - in attesa della consegna del pezzo di ricambio se non si trova nel sito dell'operazione;

S5 - controllo delle condizioni tecniche dopo la riparazione.

Riso. 1. Grafico del modello di preparazione

Tabella 1

Leggi delle transizioni dallo stato i-esimo al j-esimo stato del grafo

Scopo dello studio

A questo proposito, diventa particolarmente urgente il compito di sviluppare un modello per garantire la prontezza del TOT RSC per l'uso target, tenendo conto del costo della strategia scelta per il rifornimento dei pezzi di ricambio.

Materiali e metodi di ricerca

Per determinare il fattore di prontezza di TlOb RKK, utilizzeremo la seguente espressione:

dove K Гh è il fattore di disponibilità dell'elemento h-esimo, in funzione degli indicatori di affidabilità, manutenibilità e conservazione;

H è il numero di elementi.

Descriviamo la dipendenza del fattore di disponibilità dell'attrezzatura dagli indicatori di affidabilità, manutenibilità e conservazione dell'elemento h-esimo dell'attrezzatura con un modello grafico dei processi operativi implementati su questa attrezzatura.

Assumiamo che l'apparecchiatura possa trovarsi contemporaneamente in un solo stato i = 1, 2,…, n dall'insieme dei possibili E. Il flusso del cambiamento di stato è il più semplice. Nell'istante iniziale di tempo t = 0, l'apparecchiatura è in uno stato di lavoro S1. Dopo un tempo casuale τ1, l'apparecchiatura passa istantaneamente a un nuovo stato j∈E con probabilità p ij ≥ 0, e per qualsiasi i∈E. L'apparecchiatura rimane nello stato j per un tempo casuale prima di passare allo stato successivo. In questo caso, le leggi delle transizioni dallo stato i-esimo al j-esimo stato del grafo possono essere rappresentate nella forma seguente (Tabella 1).

Per costruire una relazione analitica, vengono utilizzati i seguenti indicatori particolari del sistema di manutenzione e riparazione (MRO):

ω1 è il tasso di guasto dell'elemento;

ω3 - parametro del flusso di ripristino dei guasti (parametro di Erlang);

ω5 è il parametro del flusso di guasti rilevati durante il controllo della condizione tecnica della condizione tecnica dopo l'installazione dei pezzi di ricambio e degli accessori (dovuti all'aspettativa matematica della durata di conservazione dei pezzi di ricambio);

TPost - la durata dell'attesa per la consegna di un pezzo di ricambio assente presso la struttura operativa;

T d - la durata della diagnostica, identificando la causa del guasto, cercando l'elemento guasto;

Ктс - durata del monitoraggio delle condizioni tecniche dopo la sostituzione di un elemento di ricambio;

n è il numero di pezzi di ricambio e accessori di una nomenclatura nella Tlob;

m è il numero di elementi di un elemento nell'SPTA.

Tavolo 2

Dipendenze che descrivono le proprietà del modello grafico

Per ottenere le dipendenze analitiche che caratterizzano il modello è stato utilizzato un approccio ben noto, riportato in. Per evitare la ripetizione delle disposizioni note, omettiamo la derivazione e presentiamo le espressioni finali che caratterizzano gli stati del modello grafico (Tabella 2).

Quindi le probabilità degli stati del processo semi-Markov indagato:

, (2)

, (3)

, (4)

, (5)

. (6)

Le dipendenze ottenute determinano le probabilità di trovare l'elemento TlOb negli stati del processo operativo indagato. Quindi, ad esempio, l'indicatore P1 è un indicatore complesso di affidabilità: il fattore di disponibilità e l'espressione (2) modella la relazione tra i parametri di affidabilità, manutenibilità, conservazione e l'indicatore integrale, che viene utilizzato come KГh.

Sostituendo nell'espressione (2) le espressioni per le caratteristiche operative e tecniche dell'apparecchiatura dalla tabella. 2, si ottiene un'espressione che ci permette di valutare l'influenza degli elementi di una nomenclatura sul fattore di disponibilità delle apparecchiature:

(7)

dove λ h è il tasso di guasto dell'elemento h-esimo;

t2h - aspettativa matematica della durata del controllo delle condizioni tecniche;

t3h - aspettativa matematica del tempo di recupero;

t4h è l'aspettativa matematica del tempo di attesa per la consegna del pezzo h-esimo dei pezzi di ricambio, che sono assenti presso la struttura operativa;

t5h - aspettativa matematica della durata di conservazione dell'elemento h-esimo dei pezzi di ricambio e degli accessori;

Т7h - aspettativa matematica della durata del monitoraggio delle condizioni tecniche;

Т10h - periodo di rifornimento dell'elemento h-esimo dei pezzi di ricambio.

Il modello proposto differisce da quelli noti in quanto consente di calcolare il valore di KG TlOb RCC, in funzione dei parametri della sua affidabilità, manutenibilità e conservazione.

Per determinare il costo dell'implementazione della strategia per il rifornimento di articoli di pezzi di ricambio per un articolo durante la vita utile assegnata dell'attrezzatura, è possibile utilizzare la seguente espressione:

dov'è il costo di immagazzinamento di un articolo di pezzi di ricambio per un articolo durante il periodo di vita utile assegnato Tlob;

Costi per la fornitura di pezzi di ricambio e accessori dello stesso articolo in luogo di quelli consumati durante la vita utile assegnata della Tlob;

Il costo di mantenimento di un articolo di pezzi di ricambio e accessori di un articolo.

Il numero di pezzi di ricambio e accessori di un articolo necessari per garantire il livello richiesto di prontezza del TOT durante il periodo di rifornimento.

Risultati della ricerca e loro discussione

Consideriamo l'uso di modelli per la scelta delle strategie ottimali per il rifornimento del set di pezzi di ricambio per l'unità di riempimento, garantendo che il fattore di disponibilità dell'unità non sia inferiore a 0,99 durante 10 anni di funzionamento.

Lascia che il flusso di guasto sia il più semplice, il parametro del flusso di guasto sarà preso uguale al tasso di guasto. Analogamente, prendiamo i parametri di flusso ω3 e ω5 come grandezze inversamente proporzionali a aspettative matematiche le durate dei processi corrispondenti.

Per eseguire i calcoli, prenderemo in considerazione tre opzioni per le strategie per il rifornimento di una serie di pezzi di ricambio, che sono casi limite:

Segnalibro a vita;

Rifornimento periodico (con un periodo di 1 anno);

Rifornimento continuo.

Tavolo 3 mostra i risultati dei calcoli per una serie di pezzi di ricambio per l'unità 11G101, ottenuti utilizzando i modelli sopra descritti.

Tabella 3

Risultati del calcolo

Dall'analisi della tabella. 3 ne consegue che per gli articoli 1 e 4, la strategia ottimale è il rifornimento periodico dei pezzi di ricambio e per gli articoli 2, 3 e 5 - il rifornimento continuo.

proposto nuovo modello garantire la prontezza della RKK TDS, che può essere utilizzata per risolvere il problema della determinazione dell'insieme di strategie ottimali per il rifornimento degli elementi dei pezzi di ricambio per ciascuna nomenclatura secondo il criterio "prontezza - costo", tenendo conto dei parametri di affidabilità , manutenibilità e conservazione.

Riferimento bibliografico

L'obiettivo della politica statale nel settore missilistico e spaziale prevede la formazione di un'industria spaziale e spaziale economicamente stabile, competitiva e diversificata, garantendo l'accesso garantito e la necessaria presenza della Russia nello spazio.

Gli investimenti di capitale per la ricostruzione e il riequipaggiamento tecnico includono:

sostegno agli investimenti mirati per l'introduzione di attrezzature tecnologiche speciali che garantiscano l'implementazione delle tecnologie di base per la produzione di razzi e veicoli spaziali previste dall'FKPR-2015 e dal programma obiettivo federale "Sviluppo dell'OPK-2015";

aumentare il livello tecnico generale delle imprese che producono veicoli spaziali-razziali attraverso l'automazione di processi tecnologici che riducono l'intensità del lavoro, migliorano la qualità e l'affidabilità dei veicoli spaziali-razziali;

creazione di condizioni tecnologiche per l'introduzione diffusa dei processi tecnologici dell'informazione (tecnologie IPI).

La quota principale di questi investimenti è costituita nell'ambito dell'FKPR-2015 e del programma federale Target "Sviluppo dell'OPK-2015".

Le direzioni prioritarie della politica statale in questo settore sono le seguenti.

Il primo è la creazione di complessi spaziali e sistemi di nuova generazione con caratteristiche tecniche garantendo la loro elevata competitività nel mercato mondiale:

sviluppo mezzi moderni lancio (modernizzazione dei veicoli di lancio esistenti e sviluppo di nuovi veicoli di lancio e stadi superiori, creazione di un veicolo di lancio di classe media per il lancio di una nuova generazione di veicoli spaziali con equipaggio), satelliti spaziali con una vita attiva estesa;

preparazione per l'attuazione di progetti innovativi nel campo delle tecnologie spaziali e della ricerca spaziale.

Il secondo è il completamento della creazione e dello sviluppo del sistema GLONASS:

dispiegamento di una costellazione di satelliti basata su veicoli di nuova generazione con una lunga vita attiva (almeno 12 anni) e caratteristiche tecniche migliorate;

creazione di un complesso di controllo a terra e creazione di apparecchiature per gli utenti finali, sua promozione sul mercato mondiale, garantendo l'interfaccia tra GLONASS e apparecchiature GPS.

In terzo luogo, lo sviluppo di una costellazione di satelliti, compresa la creazione di una costellazione di satelliti di comunicazione, garantendo la crescita dell'uso di tutti i tipi di comunicazione: fissa, mobile, personale (in tutto Federazione Russa); creazione di una costellazione di satelliti meteorologici in grado di trasmettere informazioni in tempo reale.

A lungo termine, gli interessi di mantenere un'elevata competitività nel mercato della trasmissione dell'informazione richiederanno un salto di qualità nell'allungare l'intervallo di "esistenza competitiva" dei satelliti per comunicazioni. Ciò può essere ottenuto solo creando una tecnologia per la produzione di satelliti di comunicazione "riutilizzabili", ad es. quelli che verranno inizialmente progettati e realizzati con possibilità di manutenzione, rifornimento, riparazione e ammodernamento direttamente in orbita. Il risultato di tale sviluppo tecnologico potrebbe essere l'emergere entro il 2025 di enormi piattaforme orbitali, che ospiteranno varie apparecchiature di destinazione e altre apparecchiature, incl. energia, consentendo la manutenzione o la sostituzione. In questo caso, il mercato della produzione di satelliti subirà significativi cambiamenti strutturali e quantitativi.

Allo stesso tempo, nonostante il fatto che attualmente produzione russa i satelliti non sono praticamente rappresentati né sul mercato dei prodotti finiti né sul mercato dei singoli componenti, la Russia deve continuare i suoi sforzi per entrare in questo segmento di mercato. Inoltre, l'obiettivo di questi sforzi potrebbe non essere solo la conquista di alcuni quota di mercato ma gli interessi dello sviluppo tecnologico così come la sicurezza nazionale.

Da questo punto di vista il più interessante è il progetto internazionale Blinis - il programma di trasferimento tecnologico per l'integrazione del modulo payload tra Thales Alenia Space (Francia) e la Federal State Unitary Enterprise NPO Applied Mechanics. M.F. Reshetneva.

Quarto, espandere la presenza della Russia nel mercato spaziale globale:

mantenere una posizione di leadership nei mercati tradizionali dei servizi spaziali (lanci commerciali - fino al 30%);

espandere la presenza sul mercato per la produzione di veicoli spaziali commerciali, espandere la promozione dei singoli componenti della tecnologia missilistica e spaziale e delle relative tecnologie ai mercati esteri;

accesso ai settori ad alta tecnologia del mercato mondiale (produzione di apparati di terra per le comunicazioni e la navigazione satellitare, telerilevamento della terra);

creazione e ammodernamento del sistema del segmento russo della stazione spaziale internazionale (ISS).

Tutti i segmenti del mercato per la produzione di vettori sono attualmente caratterizzati da un eccesso di offerta rispetto alla domanda e, di conseguenza, da un elevato livello di concorrenza interna, in un contesto di stagnazione nel mercato della produzione di satelliti nei primi anni 2000. ciò ha già comportato un significativo calo dei prezzi nel mercato di lancio.

Nel medio termine, in un contesto di lieve aumento del numero di satelliti prodotti, il livello di concorrenza di mercato in tutti i segmenti crescerà ancora di più quando entreranno nel mercato vettori “pesanti” e “leggeri” provenienti da paesi come Giappone, Cina, India.

A lungo termine, il volume e la struttura del mercato dei vettori dipenderanno direttamente dalla situazione nei mercati "principali" ad esso relativi: informazione e produzione di satelliti, in particolare:

sul mercato dei vettori "pesanti" e "medi" dalla transizione ai satelliti di comunicazione "riutilizzabili", lo sviluppo dei mercati per la produzione spaziale e il turismo spaziale;

sul mercato dei vettori "leggeri" dalla possibilità di trasferire le informazioni ERS alla categoria dei "beni di rete".

Quinto, i cambiamenti organizzativi nell'industria spaziale e missilistica.

Entro il 2015 verranno costituite tre o quattro grandi società russe di razzi e spaziali, che entro il 2020 entreranno sviluppo indipendente e fornirà completamente il rilascio di tecnologia spaziale e missilistica per risolvere sfide economiche, compiti di difesa e sicurezza del paese, attività effettive della Russia nei mercati internazionali.

Sesto - modernizzazione dell'infrastruttura spaziale terrestre e livello tecnologico dell'industria missilistica e spaziale:

riattrezzamento tecnico e tecnologico delle imprese del settore, introduzione di nuove tecnologie, ottimizzazione struttura tecnologica industria;

sviluppo del sistema cosmodromo, dotando le strutture di controllo a terra di nuove apparecchiature, sistemi di comunicazione, base sperimentale e di produzione dell'industria spaziale e missilistica.

Con una versione inerziale di sviluppo, produzione razzo e spazio industria entro il 2020 - del 55-60% al livello del 2007.

• 1. Riattrezzamento tecnico e tecnologico parziale dell'industria;
• 2. Attuazione di interagenzia e dipartimentale programmi mirati;

esigenze statali in beni e servizi spaziali per la difesa, sfera socioeconomica e scientifica, l'attuazione del programma obiettivo federale "GLONASS" e la creazione di uno spazio competitivo sistema di trasporto con un veicolo di lancio di classe media di maggiore capacità di carico.

Con un'opzione di sviluppo innovativa, la produzione di prodotti dell'industria missilistica e spaziale crescerà entro il 2020 - 2,6 volte rispetto al livello del 2007.

La crescita della produzione con questa opzione sarà assicurata da:

• 1. Riqualificazione tecnica e tecnologica intensiva dal 2008;
• 2. Attuazione di un elenco completo di programmi target federali e dipartimentali che garantiscano lo sviluppo dell'industria missilistica e spaziale e la possibilità di creare una nuova generazione di tecnologia missilistica e spaziale a partire dal 2012;
• 3. Fornire soddisfazione incondizionata

esigenze statali di veicoli spaziali e servizi per la difesa, ambiti socio-economici e scientifici, oltre allo scenario inerziale dalla realizzazione del progetto di un promettente sistema di trasporto con equipaggio;

4. Completamento delle attività organizzative e strutturali

trasformazioni delle imprese del settore e creazione di strutture portanti integrate legate da un'unica direzione di attività e rapporti patrimoniali;

• 5. Garantire il livello di utilizzo delle capacità produttive entro il 2020, 75%;
• 6. Piena attuazione di un programma a lungo termine di ricerca scientifica e applicata ed esperimenti in varie aree scientifiche con la creazione di una riserva di hardware avanzato per l'industria missilistica e spaziale;
• 7. Costruzione del cosmodromo di Vostochny per fornire alla Federazione Russa un accesso indipendente allo spazio nell'intero spettro dei compiti da risolvere;
• 8. Risolvendo i problemi del personale dell'industria.

Un ulteriore aumento della produzione di prodotti dell'industria missilistica e spaziale secondo la versione innovativa rispetto a quella inerziale ammonterà a 115-117 miliardi di rubli nel 2020.