НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ СИСТЕМ ДЕТОНАЦИОННОЙ АВТОМАТИКИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЭЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 622.235.2; 629.7

А.А. Котомин1, С.А. Душенок2, В.В. Ефанов3

Введение

В настоящее время и в обозримом будущем создание космических аппаратов (КА) для научных, гражданских и социально-экономических задач немыслимо без использования на борту различного рода устройств и систем разделения конструкции этих аппаратов. В процессе полета производится разделение КА и ракеты-носителя, отделяются отработавшие агрегаты, десантные и исследовательские зонды, доставляемые на другие планеты. При выходе на заданную орбиту КА приводится в рабочее состояние трансформированием панелей фотопреобразователей, антенн и других научных и служебных систем. Наиболее эффективно эти операции осуществляются с помощью пиромеханических или детонационных устройств и систем разделения. Указанные устройства используют энергию сгорания порохов, пиротехнических составов в системах пироавтоматики. Детонационная автоматика на основе детонирующих веществ дополнительно обеспечивает быстродействие и синхронность работы исполнительных элементов, независимость их действия от давления и температуры. Недостатками большинства известных устройств, снаряженных тради-

НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ СИСТЕМ ДЕТОНАЦИОННОЙ АВТОМАТИКИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЭЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26

ФГУП "СКТБ "Технолог"

193076, Санкт-Петербург, Советский пр., д. 33-а

ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина" 141400, Химки, Московская обл., Ленинградское шоссе, д. 24

Предложено, обосновано и практически реализовано научно-техническое направление развития систем детонационной автоматики на основе энергонасыщенных материалов нового типа, приведшее к существенному снижению динамического воздействия на конструкции космических аппаратов при срабатывании таких систем. Разработаны, испытаны и приняты в штатную эксплуатацию высокоэнергетические эластичные материалы с высокой детонационной способностью для аэрокосмической техники, а также неразрушающиеся при функционировании устройства и системы разделения на их основе. Они обеспечивают быстрый синхронный разрыв множества механических связей, исключают выпуск газообразных продуктов детонации из систем в космический аппарат и образование осколков. Разработанные материалы, устройства и системы подтвердили свою высокую эффективность и надежность в ряде российских и международных межпланетных и астрофизических космических проектов.

Ключевые слова: космический аппарат, система разделения, детонационный замок, транслятор детонации, высокоэнергетический материал.

ционными порошкообразными детонирующими веществами, являются высокие динамические воздействия на конструкцию и аппаратуру, негерметичность и разрушение устройств в процессе их функционирования [1].

Создание высокоэнергетических эластичных материалов для аэрокосмической техники

Успешным решением проблемы снижения динамического воздействия на летательный аппарат при срабатывании импульсных систем разделения является использование нового типа детонирующих веществ - высокоэнергетических эластичных материалов (ВЭМ) [2]. Они позволяют изготавливать монолитные "миниатюрные" заряды сложной конфигурации, работающие с высокой надежностью и точностью, создавать на их основе принципиально новые конструкции исполнительных и передаточных устройств, существенно уменьшать массу и размеры элементов и узлов и, как следствие, снижать уровень их динамического воздействия на Ка [3,4]. В последние годы творческим коллективом сотрудников Санкт-Петербургского государственного технологическо-

1 Котомин Александр Алексеевич, д-р техн. наук, профессор, вед. науч. сотр. каф. химии и технологии органических соединений азота, СПбГТИ(ТУ), e-mail: [email protected]

2 Душенок Сергей Адамович, д-р техн. наук, зам. главного конструктора ФГУП "СКТБ "Технолог", e-mail: [email protected]

3 Ефанов Владимир Владимирович, д-р техн. наук, профессор, зам. главного конструктора ОКБ по науке ФГУП "НПО им. С.А. Лавочкина", e-mail: [email protected]

Дата поступления - 4 октября 2010 года

го института, СКТБ "Технолог" и НПО им. С.А. Лавочкина на основе ВЭМ созданы высокоэффективные неразру-шаемые безосколочные системы детонационной автоматики КА нового поколения [5, 6]. ВЭМ представляют собой сложные высоконаполненные полидисперсные системы на основе кристаллических бризантных веществ и полимерных связующих различных классов, содержащие также пластификаторы, структурообразователи, армирующие и вулканизующие добавки, сенсибилизаторы, антиоксиданты, пламегасители, красители, ПАВ и другие компоненты. Повышенный интерес к ВЭМ обусловлен их уникальными структурно-механическими свойствами, с возможностью изготовления из них зарядов любой формы (листы, пленки, ленты, диски, профилированные шнуры, трубки, шары, компактные изделия сложной конфигурации) с требуемыми физико-механическими характеристиками и стабильными параметрами детонации. Это позволяет совершенствовать имеющиеся и создавать принципиально новые импульсные устройства и технологии.

При проведении теоретических и экспериментальных исследований с целью установления взаимосвязи свойств ВЭМ с их составом и структурой были изучены следующие вопросы:

1) особенности их детонации как гетерогенных систем с различными видами инертных органических и неорганических компонентов;

2) реология высоконаполненных композиций: кристаллическое бризантное вещество - полимерная матрица;

3) физико-механические свойства материалов;

4) термодинамическая и химическая совместимость компонентов;

5) физико-химическая стабильность систем (химическая стойкость и тепловое старение);

6) способы изготовления ВЭМ.

Проведенные исследования позволили разработать научные основы создания ВЭМ с заданными свойствами и установить общие закономерности детонационного процесса ВЭМ, а также разработать комплекс методов расчета и прогноза их энергетических характеристик и параметров детонации, а также детонационной и метательной способности [2, 7].

Детонация ВЭМ. Процесс детонации ВЭМ с газодинамических позиций можно описать системой уравнений, предложенной И.М. Воскобойниковым и А.А. Ко-томиным для смесевых ВВ, содержащих инертные компоненты [8]:

P

U0 a2U02 V и02

P1 -P _ (n + j а2U02 i U02 U2 У b [2 + b(U02 U2)/U02] (1)

_u02 u2r '

[1 + b(u 02 -u2 )/u02 ]2

U„2 -U2

1^1 + 4bp u02 / C0 -1

(2) (3)

D2 _ _""2/"01 1 ""2"02J_ (4)

[(1 -a2 )(Uoi -U1) + a2 (U02 U2 )]

E = 0,5 p( u0 — u) + (1 -а 2 )Q (5)

Ei - 0,5p(u01 -ut) = Q = En - 0,5pi (u01 -un) (6)

u02 b-yl 1 + 4 bp u02 / C02 +1

U = _1_u01[1 +P1-JL] n +1 p(n +1)

Ж1 -a2 Kl +a2U02 ]2

AE2 = 0,5p(u02 - и2)

P = ; ц, = n +1

U0 2 U02 + (1 -a2 )U0P Pol

n +1

1 - a 2

1/Po -a 2 ! P 02

(7)

(8)

(9)

U 02 = l/P 02 ; U01 = l/Р01; U0 = l/P0 ' (10) где p0, poi, p02 - начальные плотности взрывчатой композиции, ВВ в композиции и инертной добавки; и0, и01, и02 -

начальные удельные объемы композиции, ВВ в композиции и добавки; а2 - массовая доля добавки; Ц р - скорость и давление детонации взрывчатой композиции; Ц, д, п - скорость детонации, давление и показатель политропы продуктов взрыва для ВВ при р01; и^ и2 - удельные объемы продуктов взрыва и добавки при детонации композиции (при р); и11, Е-- - удельный объем и внутренняя энергия продуктов взрыва при детонации ВВ без добавки (при д); Е, Е-, АЕ2 - внутренняя энергия продуктов взрыва и добавки (при р), продуктов взрыва в композиции, изменение энергии добавки при ее сжатии до р; С теплота взрыва вВ; С0 = а; Ь='к, определяются из экспериментальной ударной адиабаты материала добавки в форме Ц=а+Хц.

Результаты исследований позволили установить, что влияние связующего, пластификатора, порошкообразных металлов, солей, оксидов и других невзрывчатых компонентов ВЭМ на параметры детонации определяется физическими факторами: сжимаемостью, разгоном частиц добавок и скоростью распространения в них ударной волны. Химические реакции между добавками и продуктами взрыва ВВ с отрицательным кислородным балансом практически не протекают в детонационной волне до точки Жуге. Сгорание частиц активных металлов (Мд, А1, В, Ве, Т, 7г, Н^) и органических добавок происходит за плоскостью Чепмена - Жуге. Присутствие в продуктах взрыва свободного кислорода (ВВ - окислители) обеспечивает частичное сгорание указанных добавок в зоне химической реакции. Высокодисперсные (1-10 мкм) соли-окислители успевают частично разлагаться и взаимодействовать с продуктами взрыва ВВ до точки Жуге [2].

Детонационная способность ВЭМ. Главным требованием к энергоемким материалам, используемым в аэрокосмической технике, в частности системах разделения КА, является высокая детонационная способность, критерием которой является критический диаметр детонации Величина 4- определяется совокупностью кинетических, термодинамических и газодинамических факторов при детонации заряда ВВ. При разработке систем, включающих заряды с малым поперечным сечением (средства инициирования, детонирующие шнуры и разводки, элементы взрывной логики, устройства детонационной автоматики) необходимы прогнозирование и расчет с!к.

Как известно, критический диаметр детонации ВВ не является константой, а зависит от ряда факторов: химической природы, дисперсности и дефектности кристаллов ВВ, плотности заряда, начальной температуры, наличия и характера оболочки. Для смесевых ВВ он зависит также от концентрации взрывчатого наполнителя, физических свойств и дисперсности инертных компонентов (добавок), микроструктуры заряда и от технологических факторов (степени смешения компонентов, влажности и др.).

Наличие многих факторов, оказывающих влияние на 4- взрывчатых композиций, существенно затрудняет создание для них методов расчета. Нами были проведены систематические исследования ряда индивидуальных ВВ и композиций на их основе с различными видами как органических, так и неорганических инертных добавок [9,10]. В качестве жидких и полимерных органических добавок использовались: глицерин, тетрабромэтан, дибутилфталат, дибромбензол, этилен бромистый, поли-дивинилизопрен, полисилоксан с различной молекулярной массой. В качестве неорганических добавок использовались порошкообразные металлы, соли и оксиды различной дисперсности (0,1-500 мкм): никель, железо, медь, серебро, вольфрам и их оксиды, калий хлористый, натрий хлористый, калий бромистый и др.

Для сплошных ВВ (жидкости, монокристаллы) I ~ йт (11), где I - протяженность зоны химической реак-

n

ции за фронтом детонационной волны, й - скорость детонации, т - время задержки адиабатического взрыва.

Чем уже зона химической реакции, тем меньше с1 Для используемых в промышленности зарядов традиционных ВВ с1равен 2-10 мм, в то время как для зарядов в аэрокосмической технике он должен составлять 0,1-0,5 мм. Анализ выражения (11) и опытных данных показывает, что из индивидуальных ВВ требуемым С-обладают ВВ, имеющие высокие положительные энтальпии образования, либо небольшие энергии активации термораспада, такие как полиазотистые гетероароматические соединения и нитраты спиртов.

В результате исследований было установлено, что зависимость с1 кристаллических ВВ от степени их разбавления инертными веществами как органическими, так и неорганическими, является единой. Критический диаметр детонации взрывчатых композиций с инертными добавками с1 рассчитывается при максимальной плотности заряда (ртах) по формуле:

йк =

й.

(12)

V "

' ВВ

где а - критический диаметр детонации чистого ВВ при

*о

реальной дисперсности и дефектности кристаллов и малой пористости ВВ, равной 0,5 - 2%, мм; - объемная доля ВВ в композиции; п - параметр, определяемый дисперсностью ВВ и физическими свойствами добавок.

Из рисунка 1 видно, что с увеличением размера зерна ВВ уменьшается параметр п и увеличивается кри-

тический диаметр детонации чистого ВВ (л )

Рис. 1. Зависимость некоторых ВВ (вверху) и параметра п для их смесей с полисилоксаном СКТН (внизу) от размера зерна ВВ: а) 1 - тетрил, 2 - гексоген, 3 - октоген, 4 - ТЭН б) 1- октоген, 2 - тетрил, 3 - ТЭН, 4 - гексоген

Объяснить этот факт можно с позиций очагового механизма инициирования и развития химического превращения в детонационной волне. Кристаллические ВВ содержат большое количество центров инициирования реакции взрывчатого превращения: в кристаллах существуют дефекты в виде трещин, пор, сколов, раковин, выходов дислокаций и др. (горячие точки). Предполагается, что их число настолько велико, что скорость взрывчатого превращения определяется процессами

распространения реакции от горячей точки. С уменьшением размера зерна ВВ снижается время распространения процесса вглубь зерна. Отсюда следует, что с уменьшением размера зерна и повышением степени дефектности кристаллов ВВ будет уменьшаться . Однако при уменьшении размера зерна ВВ, насколько это возможно практически, дефектность уменьшается, и размеры дефектов приближаются к размерам зерна. При этом гетерогенные композиции все больше будут приближаться по своему физическому состоянию к гомогенной системе. Известно, что в растворах ВВ детонационный процесс развивается по механизму адиабатического взрыва: при сжатии ударной волной происходит достаточный для возбуждения быстрой реакции разогрев ВВ. В малопористых зарядах гетерогенных композиций, вероятно, реализуется смешанный механизм, причем в зависимости от дисперсности и дефектности кристаллического ВВ соотношение очагового и адиабатического механизмов меняется. Подтверждением этому является увеличение параметра п с уменьшением размера частиц ВВ (снижением дефектности ВВ) до значений, характерных для растворов ВВ. Отсюда следует, что для определения параметра п и ^ одного размера зерна ВВ недостаточно. Существенное "влияние на эти характеристики должна оказывать дефектность кристаллов ВВ.

Для определения влияния дефектности кристаллов ВВ, как самостоятельного фактора, были экспериментально исследованы и сопоставлены концентрационные зависимости с1 двух смесей, содержащих гексо-ген одной фракции (160-200 мкм) и СКТН. При этом гек-соген использовался двух видов: первый - полученный рассевом штатного продукта и второй - малодефектный, полученный по специальной методике - кристаллизацией из раствора аммиачной селитры в азотной кислоте.

Рис. 2. Концентрационные зависимости критического диаметра бинарных смесей гексогена (фракция 160-200 мкм) различной дефектности с СКТН: 1 - штатный, 2 - малодефектный

Из рисунка 2 следует, что для смеси с малодефектным гексогеном параметр п составляет 3,60, ^ -

2,2 мм, а для смеси с гексогеном, высеянным из штатного продукта - 2,90 и 1,5 мм, соответственно. Таким образом, эксперимент подтверждает, что дефектность кристаллов ВВ оказывает существенное влияние на детонационную способность композиций. С уменьшением дефектности ВВ их ^ и параметр п композиций увели-

К

чиваются.

Для учета совместного влияния дефектности и дисперсности ВВ было предложено использовать удельную поверхность ВВ, измеренную методом низкотемпературной газовой адсорбции. В качестве адсорбата, в частности, использовался криптон, размер молекулы которого составляет 3,9610 м. Полученные этим способом значения адсорбционной удельной поверхности ВВ учитывают в целом реальную дефектность кристаллов, отражают общее количество "горячих точек", имеющих размеры ~10-6 м, и обычно в 3-10 раз превы-

(13)

шают величину геометрической удельной поверхности ВВ [2].

Значение (мм) индивидуального ВВ определяется с учетом адсорбционной удельной поверхности ВВ Бао- (м2/г) по формуле:

к0 "тк

где - критический диаметр детонации монокристалла ВВ.

При отсутствии значения Ба0 критический диаметр детонации ВВ может быть рассчитан приближенно, без учета дефектности кристаллов, с использованием удельной поверхности, определяемой по газопроницаемости ВВ (Б^, м2/г), например на приборе ПСХ-4:

с1к = аБ, (14)

к0 5

где а - критический диаметр детонации ВВ при Б^ = 1 м2/г, мм; Ь - коэффициент (для Б^ от 0,01 до 1 м2/г): для бензотрифуроксана а = 0,06 мм, Ь = 1,23; ТЭНа а = 0,08 мм, Ь = 0,93; гексогена а = 0,26 мм, Ь = 0,78; октогена а = 0,38 мм, Ь = 0,64; тетрила а = 0,79 мм, Ь = 0,44; а-20 а = 0,43 мм, Ь = 0,51; DNTF а = 0,07 мм, Ь = 0,66; ГОХ-7 а = 0,55 мм, Ь = 0,60 .

Для органических инертных компонентов определяющей характеристикой является акустическая жесткость, связанная с их ударной сжимаемостью:

п = 2,95 +1,2^ - 0,3р,С0, (15)

либо п = 4,14 +1,39 ^ ^ - 0,3рёС0 (16)

где С0, ро - скорость звука в органической добавке, км/с и ее плотность, г/см3.

Для неорганических инертных компонентов определяющими физическими характеристиками являются плотность и размер частиц, что связано с характером ускорения частиц продуктами взрыва и изменением скоростей волн разрежения при расширении продуктов. При этом параметр п сложных взрывчатых композиций (Вк), содержащих как органические, так и неорганические инертные компоненты, рассчитывается по формулам:

п = ЛПр) + ВПеорг), (17)

Пр- = 4,14 + 1,39 1д - 0,3родС, ,

Пнеорг=д + 0,114рнд + 0,897 1д г (18)

А , В = , (19)

в + У в + У где Род, рнд - плотности органической и неорганической добавок, г/см3; г - средний размер частиц неорганической добавки, мм; р, у - массовые доли органической и неорганической добавок в ВК, соответственно; д - коэффициент: для металлов и оксидов д = 3,46, для солей д = 3,32.

Для высокодисперсных тяжелых неорганических добавок с г менее 5 мкм и рнд более 4 г/см3 при их содержании до 20% масс. (при этом проявляется эффект ударно-волновой сенсибилизации ВК):

g =

4,51 у - m

(20)

0,004 + у

где m - коэффициент: для металлов и оксидов m = 0,196, для солей m = 0,225.

Критические диаметры детонации индивидуального ВВ или ВК при их максимальных плотностях d^ax), рассчитанные по формулам (12-20), приводятся к реальной плотности заряда d^p) по формуле:

1,14 (1 --Е°-)

Р max (21)

dk( р 0) = dk '10

Разработанный метод расчета дает среднюю погрешность для критических диаметров детонации композиций с органическими добавками 7-10%, для сложных систем, включающих органические и неорганиче-

ские добавки - 15-20%. При этом суммарное содержание добавок - до 50% масс., дисперсность неорганических добавок - от 0,1 до 500 мкм.

Применение ВЭМ. Наиболее эффективно использование этих материалов в системах инициирования, детонационных разводках и устройствах взрывной логики, в детонирующих шнурах и удлиненных кумулятивных зарядах различного назначения, для обработки материалов и металлоконструкций взрывом (резка, сварка, упрочнение, развальцовка), для борьбы с лесными пожарами, в системах детонационной автоматики, в прострелочно-взрывной аппаратуре для глубоких нефтегазовых скважин, для добычи блоков природного камня в горной промышленности [2].

Разработанные ВЭМ обладают необходимым для применения в аэрокосмической технике комплексом характеристик: исключительно высокой детонационной способностью (критический диаметр 0,2-0,4 мм), радиационной (2106 рад) и термической (до 150°С) стойкостью, а также возможностью формирования из них зарядов малой массы (0,1-0,5 г) и сложной формы (шнуры, диски, кольца, шары и др.) с заданными структурно-механическими характеристиками и стабильными параметрами детонации.

Разработка детонационных систем разделения на основе ВЭМ

Применение ВЭМ вместо порошкообразных детонирующих веществ обеспечило повышение надежности и безопасности систем разделения, снижение их массы и габаритов, а также разработку конструкций неразрушае-мых безосколочных детонационных устройств с высокими техническими характеристиками [5,6].

Исполнительные детонационные устройства. Разработан и находится в эксплуатации комплект детонационных замков и разрывных болтов поршневого типа с усилием разрыва от 20 до 250 кН и массой 0,1-1,4 кг, практически не создающих импульса при срабатывании. Сконструированы и применяются в различных системах бортовой автоматики детонационные ножи, чеки, клапаны и другие устройства на основе ВЭМ. Разработаны методики расчета работоспособности и надежности этих устройств по двум критериям "развиваемое усилие" и "совершаемая работа". Использование указанных методик при проектировании зарядов ВЭМ и конструкций устройств обеспечивает существенное ускорение проектирования и снижение объема отработки систем разделения КА.

На рисунке 3 представлена конструкция разрывного болта (РБ) на основе ВЭМ. Принцип его работы заключается в следующем. При подаче инициирующего импульса от электродетонатора (1), либо от заряда-усилителя (2) специального транслятора детонационного импульса (3) детонирует заряд ВЭМ (7) в зарядной камере, расположенной в корпусе (4) болта. Воздействие давления продуктов взрыва на рабочий поршень (5) вызывает безосколочный разрыв "шейки" болта. При дальнейшем движении поршень своей конической частью упирается в ответную выемку болта (6). При этом обеспечивается обтюрация, исключающая прорыв газов наружу.

Оптимизация конструктивных элементов РБ позволила снизить навеску ВЭМ в рабочей зоне до 0,1- 0,3 г при общем количестве ВЭМ в болте 0,2-0,5 г в зависимости от усилия разрыва (20-80 кН), развиваемого РБ. Как показали испытания, разработанные РБ являются безосколочными, герметичными и практически безим-пульсными. На основании проведенных исследований было разработано несколько типов РБ, отличающихся различными конструкциями и предназначенных для решения разнообразных задач. На рисунке 4 показана одна из конструкций РБ, который встраивается в кольцевую систему разделения.

Рис. 3. Разрывной болт на основе ВЭМ. 1 - электродетонатор, 2- заряд-усилитель, 3 - транслятор детонации\ 4 - корпус, 5 - поршень, 6 - болт, 7 - заряд ВЭМ

Рис. 4. Разрывной болт, соединенный с двумя трансляторами детонации. 1 - корпус, 2 - болт, 3 - поршень, 4 - демпфер, 5- заряд ВЭМ, 6- транслятор детонации

Новые задачи по разделению объектов КА, когда РБ должен кроме осевой нести и боковую нагрузку, потребовали создания новых типов РБ, названных нами детонационными замками. Пример конструкции детонационного замка приведен на рисунке 5. При подаче инициирующего импульса от электродетонатора (1) или от заряда-усилителя (2) транслятора детонации (3) детонирует заряд ВЭМ (6), расположенный в кольцевой канавке корпуса (4) над поршнем (штоком) (5). Под действием давления продуктов детонации происходит разрыв "шейки" штока, и он выходит из плоскости разделения. Для снижения ударных нагрузок шток опирается на сминаемый демпфер (7), который гасит энергию штока. Заряд ВЭМ в виде кольца в рабочей зоне детонационного замка составляет 0,18-0,40 г и зависит от прочности разрываемой "шейки". В настоящее время разработаны детонационные замки с прочностью "шейки" от 30 до 180 кН.

Рис. 5. Конструкция детонационного замка на основе ВЭМ. 1 - электродетонатор, 2- заряд- усилитель, 3 - транслятор детонации, 4 - корпус, 5 - поршень, 6 - заряд ВЭМ, 7 - демпфер

Рис. 6. Конструкция детонационного замка нового типа на основе ВЭМ. 1 - корпус, 2 - гильза со штоком, 3 - поршень,

4 - штуцер снаряженный, 5 - каналы! дросселирующие, 6 - демпферы!, 7 - заряд ВЭМ, 8 - шпангоут замка, 9 - шпангоут космического аппарата, 10 - насадка

На рисунке 6 представлена конструкция детонационного замка нового типа, объединяющего достоинства РБ (рисунок 3) и замка (рисунок 5). Под действием продуктов детонации заряда ВЭМ происходит перемещение поршня и разрыв "шейки" замка. При перемещении поршня происходит смятие демпфера и перетекание газа из рабочей полости в полость стыка поршня с корпусом.

Детонационные замки также успешно прошли комплекс наземной отработки и летные испытания в системах отделения космических аппаратов.

В настоящее время проходят отработку детонационные шариковые замки, способные выдерживать большие боковые и осевые нагрузки (до 250 кН). На рисунке 7 представлена конструкция такого замка.

Рис. 7. Конструкция шарикового детонационного замка на основе ВЭМ. 1 - заряд-усилитель, 2 - транслятор детонации, 3 -корпус, 4 - поршень, 5 - заряд ВЭМ, 6 - шток, 7 - пружина

Под действием продуктов детонации заряда ВЭМ происходит разрыв "шейки" поршня (4), и поршень опускается, сминая демпфер. При этом освобождаются шарики замка, и под действием пружины (7) опускается шток (6), освобождая поверхность разделения.

Таким образом, использование ВЭМ с высокой детонационной способностью позволило создать и успешно применить в ряде КА низкоимпульсные безосколочные детонационные устройства, обеспечивающие требуемые технические параметры и герметичность систем разделения [4].

Трансляторы детонации. Для передачи детонационного импульса исполнительным устройствам в системах разделения КА потребовалось создать надежные не-

разрушаемые герметичные трансляторы детонации, исключающие при функционировании истечение газообразных продуктов взрыва в окружающую среду. Решение этой задачи также стало возможным благодаря применению ВЭМ. Было разработано два типа трансляторов.

Первый тип - неразрушаемые жесткие трубчатые трансляторы детонации использовались в КА "Вега" и "Фобос". Удлиненный заряд (УЗ) в этих трансляторах представлял собой шнур из ВЭМ диаметром 1,2 мм в тонкой медной оболочке толщиной 0,1 мм. Диаметр титановой трубки (корпуса транслятора) составлял 10 мм, толщина - 1 мм. Для предотвращения касания УЗ стенки титановой трубки на УЗ надевались центрирующие втулки из капро-лона. С целью исключения возможности прожигания корпуса направленной струей высокотемпературных газообразных продуктов взрыва от исполнительных устройств транслятор снабжался дросселями.

Применение ВЭМ "Транелит", обладающего исключительно высокими детонационной способностью и физико-химической стабильностью в широком интервале температур, позволило разработать неразрушаемые гибкие многослойные трансляторы детонации второго типа -"Транеры" с наружным диаметром 3,6-4,8 мм и небольшой удельной массой 20-60 г/м, содержащие нить ВЭМ (0,3-0,5 г/м). Конструкция транера представлена на рисунке 8.

Транеры выпускаются двух видов: в пластичной металлической оболочке (алюминий, нержавеющая сталь), удобной для монтажа в КА, и кабельный вариант. В новых проектах перспективных КА, создаваемых в настоящее время, также используются разработанные транеры.

Рис. 8. Неразрушаемый гибкий транслятор детонации (транер). 1 - удлиненный заряд (нить ВЭМ в металлической оболочке), 2 - покрытие из выюжопрочных синтетических нитей, 3 - наружная трубка из алюминия или нержавеющей стали, 4 - заряд - усилитель, 5 - наконечник,, 6 - шарик, 7 - запирающий конус, 8 - гайка

Детонационные системы разделения. Пространственные герметичные системы разделения, включающие узлы инициирования, разрывные болты, детонационные замки, ножи, чеки, транеры и узлы их соединения, обеспечивают синхронный разрыв нескольких десятков механических связей, исключают образование осколков и выпуск газообразных продуктов взрыва из системы в КА. Они обладают высокой надежностью, подтвержденной всеми видами испытаний и многолетним опытом эксплуатации в КА [5].

В НПО им. С.А. Лавочкина и СКТБ "Технолог" организовано совместное производство разработанных устройств и систем детонационной автоматики для выполнения российских и международных космических программ и коммерческих проектов. Созданные системы успешно прошли государственные испытания, приняты в штатную эксплуатацию и используются в различных автоматических космических аппаратах. Они подтвердили свою высокую эффективность в ряде международных проектов: "Венера - комета "Галлея" (системы фор-

мирования аэростатных зондов в атмосфере Венеры), "Фобос", "Скиппер", "Марс-96", "Интербол-1,2", "Электро", "Аркон", а также в универсальном космическом разгонном блоке "Фрегат" [11].

Заключение

В настоящее время рассмотренное научно-техническое направление создания детонационных систем разделения на основе высокоэнергетических эластичных материалов интенсивно развивается, разрабатываются новые ВЭМ, устройства и системы детонационной автоматики в рамках космических проектов "Спектр-РГ", "Спектр-УФ", "Фобос-грунт", "Луна-глоб", "Луна-ресурс"

Литература

1. Ефансв В.В., /сршцсв В.В., Котомин A.A., Душе-нок СА. Современные системы детонационной автоматики космических аппаратов: проблемы, решения, основы проектирования // Фундаментальные и прикладные проблемы космонавтики. 2002. № 8. С. 37-41.

2. Котомин A.A. Высокоэнергетические эластичные материалы // Российский химический журнал. 1997. Т. 41. № 4. С. 89-101.

3. Котомин A.A., Ефанов В.В., Дш^ок СА., Тимофеев В.Н. Проблема снижения динамического воздействия на космические аппараты при срабатывании взрывных систем разделения // Фундаментальные и прикладные проблемы космонавтики. 2001. № 4. С. 34-39.

4. А.А. Котомин СА. Душенок, А.С Козлов- В.В. Ефансв. Эластичные взрывчатые материалы в системах разделения космических аппаратов. В книге: Перспективные материалы и технологии для ракетно-космической техники. Т. 3. / Под ред. А.А. Бфлина и И.Г. Aa:овeксго М.: ТОРУС ПРЕСС, 2007. С. 256-266.

5. E/ânoi-, Gcrovfeoi., Ya.G. /OdoieoOi-, A.A. Kobomin, S.A. Dushenok. New generation of detonation devices for spacecrfat structure separation (design foundations) // Russian-American scientific Journal "Actual problems of aviation and aerospace systems: processes, models, experiment". 2007. Vol. 12. No. 3(25). P. 25-30.

6. Душенок CA., Ефанов В.В., Котомин A.A., Аупри-ков М.Ю. [и др.]. Система коллективного спасения пассажиров и экипажа самолетов. / Под ред. А.М. Матвеенко, В.В. Малышева. М.: Изд-во МАИ, 2004. 196 с.

7. A.A. Котомин- СА. Душенек- A.C. Кошов, В.В. Ефанов. Современные и перспективные высокоэнергетические материалы в системах детонационной автоматики аэрокосмических аппаратов // Общероссийский научн.-техн. журнал "Полет". 2005. № 8. С. 51-60.

8. £fceксбейниксв И.М, Котомин A.A. Расчет параметров детонации смесей энергоемких веществ с инертными добавками // Физика горения и взрыва. 1985. № 5. С. 93-97.

9. Котомин A.A., Козлов А.С, Душенок СА. Исследование детонационной способности энергоемких гетероциклических соединений // Химическая физика. 2007. Т. 26. № 12. С. 5-7.

10. A.A. Котомин, СА. Д/шенок- В.В. Ефанов А.С /и др.7 Новые пути создания взрывчатых материалов для систем разделения летательных аппаратов // Общероссийский научн.-техн. журнал "Полет". 2008. № 11. С. 33-41.

11. В.В. £фанш, В.В. /срсвцсвA.A. Котомин- СА. Душенок Детонационные устройства и системы разделения универсального космического разгонного блока "Фрегат" // Общероссийский научно-техн. журнал "Полет". 2010. № 2. С. 8-14.