CC BY
143маркой Nanosafe и «Toshiba» под маркой Super Charge Ion Battery (SCiB). В данных аккумуляторах используется электролит - LiMn2Ü4 [5].
Повысить энерговооружённость космических аппаратов возможно путём использования комбинированного накопителя энергии [6-8], позволяющего компенсировать пиковое потребление в нештатных режимах работы КА и поддержать необходимое электропитание бортовой аппаратуры совместно с системой электропитания спутника. Для использования ЛИА на основе системы Li4Ti5Oi2 - LiFePO4 необходимо выполнить расчет частоты вращения накопителя энергии, при которой начинается поляризация неводного электролита аккумуляторов, и исследовать их поведение в поле центробежных сил.
Библиографические ссылки
1. Гущин В. Н. Основы устройства космических аппаратов : учебник для вузов. М. : Машиностроение, 2003. 272 с. : ил.
2. Химические источники тока : справочник / под ред. Н. В. Коровина и А. М. Скундина. М. : МЭИ. 2003. 740 с.
3. Скундин А. М., Ефимов О. Н., Ярмоленко О. В. Современное состояние и перспективы развития исследований литиевых аккумуляторов // Успехи химии. 2002. № 71(4). С. 378-398.
4. Сибиряков Р. В. Электрохимическое поведение и структура титаната лития, синтезированного различными способами : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.17.03. СПб., 2012. 24 с.
5. URL: http://www.elcust.ru (дата обращения: 31.08.2015).
6. Надараиа Ц. Г., Бабкина Л. А., Шестаков И. Я., Фадеев А. А. Химико-кинетический накопитель энергии // Вестник СибГАУ. 2014. № 2(54). С. 56-61.
7. Vinogradov K. N., Shestakov I. Ya., Strekaleva T. V. The use of chemical-kinetic energy storage for maintenance of peak loadings of the space vehicle // Молодежь. Общество. Современная наука, техника и инновации : материалы XIII Междунар. науч. конф.
бакалавров, магистрантов и аспирантов (15 мая 2014, г. Красноярск) / под общ. ред. И. В. Ковалева, М. В. Савельевой, Н. А. Шумаковой ; Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2014. С. 227-229.
8. Виноградов К. Н., Шестаков И. Я., Фадеев А. А., Надараиа Ц. Г. Особенности работы химико-кинетического накопителя энергии // Решетневские чтения : материалы XVIII Междунар. науч. конф., посвящ. 90-летию со дня рождения генер. конструктора ракет.-космич. систем акад. М. Ф. Решетнева (11-14 нояб. 2014, г. Красноярск) : в 3 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. Ч. 1. С. 125-126.
References
1. Guschin V. N. Osnovi ustroistva kosmicheskih apparatov. M., Maschinostroenie, 2003.
2. Korovin N. V., Skundin A. M. Khimicheskiye istochniki toka : spravochnik. Moscow, MEI, 2003.
3. Skundin A. M., Efimov O. N., Yarmolenko O. V. Sovremennoe sostoyanie i perspektivi razvitiya issledovanii litievich akkumulyatorov. Uspechi khimii, 2002.
4. Sibiryakov R. V. Elektrokhimicheskoye povedenie i struktura titanata litiya. Avtoreferat dissertatsii, SPb, 2012.
5. URL: http://www.elcust.ru.
6. Nadaraia Ts. G., Babkina L. A., Shestakov I. Ya., Fadeev A. A. Vestnik SibGAU. 2014, no. 2(54), pp. 5661.
7. Vinogradov K. N., Shestakov I. Ya., Strekaleva T.
V. Materialy XIII Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii bakalavrov, magistrantov, aspirantov. Krasnoyarsk, 2014. р^. 227-229.
8. Vinogradov K. N., Shestakov I. Ya., Fadeev A. A., Nadaraia Ts. G. Materialy XVIII Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii Reschetnevskie chteniya. Krasnoyarsk, 2014, P. 1, рp. 125-126.
© Виноградов К. Н., Шестаков И. Я., Фадеев А. А., Надараиа Ц. Г., 2015
УДК 629.7.063.2
РАЗРАБОТКА В АО «ИСС» ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ПОДАЧИ РАБОЧЕГО ТЕЛА ЭЛЕКТРОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ПОДСИСТЕМ КА
Ю. М. Ермошкин, Ю. Н. Житник, А. П. Ладыгин
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
Е-таП: [email protected]
Рассмотрены результаты разработки пневмоарматуры нового поколения, блоков хранения и подачи ксенона с улучшенными характеристиками для электрореактивных двигательных подсистем КА.
Ключевые слова: космический аппарат, блок подачи ксенона, блок хранения ксенона, бак, рабочее тело, баковый коэффициент.
Решетнеескцие чтения. 2015
DEVELOPING THE EQUIPMENT FOR STORAGE AND FEEDING OF THE WORKING BODY TO SPACECRAFTS ELECTRIC PROPULSION SYSTEMS
Yu. M. Yermoshkin, Yu. N. Zhitnik, A. P. Ladygin
JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation Е-mail: [email protected]
The research considers the results of new generation pneumoarmature development to xenon feed and storage unit with the improved performances for spacecrafts electric propulsion systems.
Keywords: spacecraft, xenon feed unit, xenon storage unit, tank, working body, tank coefficient.
Расширяются масштабы применения электрореактивных (плазменных, ионных) двигателей (ЭРД) на борту космических аппаратов различного назначения. Поэтому важное значение приобретает совершенствование таких двигательных систем. В АО «ИСС» была начата разработка облегченной пневмоарматуры для систем подачи и хранения ксенона.
Разработанный в АО «ИСС» БПК для удобства эксплуатации и размещения на КА выполнен в виде отдельного моноблока, в состав которого входят: проверочные горловины, датчики высокого и низкого давления, редукторы, клапаны, ресиверы, фильтры (рис. 1, 2). Ветви подачи рабочего тела дублированы. Каждая линия состоит из редуктора давления, ресивера, датчика низкого давления, сигнализатора давления и двух электроклапанов. Для исключения попадания жидкой фазы в редуктор в состав БПК введен подогреватель рабочего тела. Для контроля работы БПК установлены датчики температуры и давления. Сигнализатор давления предназначен для выдачи управляющего сигнала на закрытие электроклапана в случае повышения давления. Для двигателей разных типов настройки редуктора БПК могут быть изменены.
При разработке нового БПК удалось добиться значительного снижения массы. Она находится на уровне лучших зарубежных образцов [1-2]. Точность поддержания выходного давления также существенно выше, чем у образцов предыдущего поколения, что позволило в схеме подачи газа отказаться от дополнительного каскада регулирования.
Характеристики БПК, применяемых на КА разработки АО «ИСС», приведены в табл. 1. БПК разработки АО «ИСС» для двигателя типа СПД-100В применяется в составе двигательной подсистемы коррекции орбиты на КА на базе платформ «Экспресс-1000» и «Экспресс-2000» с 2011 г. В летной эксплуатации с 2014 г. также находится вариант БПК для двигателя КМ-60 с уменьшенным расходом рабочего тела.
В составе БПК АО «ИСС» применены основные элементы собственной разработки: редуктор давления, горловина проверочная, электроклапан высокого давления, электроклапан низкого давления (рис. 3-6).
Рис. 1. Схема БПК
Рис. 3. Редуктор
Рис. 4. Горловина
Рис. 5. Клапан высокого давления
Рис. 2. Внешний вид БПК
Рис. 6. Клапан низкого давления
По техническому заданию НПО ПМ (АО «ИСС») предприятием ФГУП «НИИМАШ» был создан блок хранения ксенона МВСК 50 (рис. 7). При массе 15,8 кг он вмещает 71 кг ксенона [3]. Бак имеет герметизирующую оболочку (лейнер) из титанового сплава и силовую оболочку. Данный БХК снабжен необходимой арматурой (заправочная горловина, датчик давления, датчик температуры, блок пироклапанов, электрический соединитель, выходной штуцер) и элементами крепления, позволяющими устанавливать данный блок на КА. Баковый коэффициент собственно бака (отношение массы бака к максимальной заправке) составил для данной конструкции 0,12, что близко к среднемировому уровню (0,1).
Рис. 7. БХК разработки ФГУП «НИИМАШ»
В связи с применением ЭРД для задач довыведе-ния на ГСО появилась необходимость разработки бака большой вместимости. Ксеноновый бак высокого давления (КБВД) вместимостью 350 кг ксенона был разработан в АО «ИСС» (рис. 8). Он состоит из корпуса баллонного композитного (КБК) и блока арматуры. Блок пироклапанов с датчиком давления выполнен в виде отдельного конструктивного элемента. КБК представляет собой единую неразъемную конструкцию, в состав которой входят металлический лей-нер и композитная силовая оболочка, изготовленная из углепластика на основе углеродного волокна. Имеются элементы крепления для монтажа к силовой конструкции корпуса КА. Для обеспечения тепловых
режимов на КБВД установлены электрообогреватели. По баковому коэффициенту КБК находится на уровне или лучше зарубежных конструкций. КБВД вместимостью 350 кг ксенона получил летную квалификацию на изделии «Экспресс-АМ6», запущенном в октябре 2014 г. В настоящее время разрабатывается КБВД повышенной вместимости (до 570 кг) в тех же габаритах, что и КБВД на 350 кг. Массогабаритные и другие характеристики БХК, применяемых на КА разработки АО «ИСС», приведены в табл. 2.
Рис. 8. КБВД разработки АО «ИСС»
В течение последнего десятилетия в АО «ИСС» проведена разработка новых элементов пневмоарма-туры и ксеноновых баков высокого давления для систем хранения и подачи рабочего тела электрореактивных двигательных подсистем геостационарных КА. Созданные элементы позволили разработать блоки подачи ксенона, существенно превосходящие системы предыдущего поколения по массогабаритным характеристикам и точности поддержания выходного давления.
Параметры блока подачи находятся на уровне лучших мировых образцов. Характеристики новых баков для хранения ксенона соответствуют мировому уровню или превосходят его. Созданные блоки подачи и хранения ксенона получили летную квалификацию и успешно эксплуатируются в составе изделий АО «ИСС».
Таблица 1
Характеристики блоков подачи ксенона
Характеристики БПК для СПД-100В ОКБ «Факел» БПК разработки АО «ИСС»
Давление на входе, кгс/см2 255 170-250
Давление на выходе, кгс/см2 2,6 1,75-2,6
Расход рабочего тела, мг/с 6-12 1,5-40
Масса, кг 11,85 2,7
Габариты, мм 485x326x210 465x230x83
Таблица 2
Характеристики блоков хранения ксенона
Характеристики БХК ОКБ «Факел» БХК ФГУП «НИИМАШ» КБВД АО «ИСС»
Рабочее давление, кгс/см2 не более 255 не более 140 80-110
Вместимость, кг 31 71 350-570
Масса блока, кг 11,75 15,8 40-49
Баковый коэффициент (КБ) 0,3 0,12 0,07-0,1
Габариты, мм 375x375x380 795x320x320 1 155x700
Решетнееские чтения. 2015
Разработанные элементы могут быть применены не только на геостационарных телекоммуникационных КА, но и на изделиях другого назначения, например, на научных КА для полетов к планетам.
Библиографические ссылки
1. Freidl E., Müller W. Development and testing of electronic pressure regulator (EPR) assembly // Proc. 3th Int. Spacecraft Propulsion Conference, Cannes, France 10-13 October 2000.
2. Van Put P., Van der List M. C. A. M., Yüce V. Development of an advanced proportional xenon feed assembly for the GOCE spacecraft // Proc. 4th Int. Spacecraft Propulsion Conference, Cagliari, Sardinia, Italy 2-4 June 2004.
3. Маслов А. Н. Опыт «УНИИКМ» по разработке технологии и изготовлению композитных баллонов высокого давления с металлическим лейнером // Новые материалы и технологии в ракетно-космической технике : сб. материалов VIII междунар. конф. молодых специалистов организаций ракетно-космической, авиационной и металлургической промышленности
России. Ч. I / ИПК «Машприбор». Королев, 2010. С. 39.
References
1. Freidl E., Müller W. Development and testing of electronic pressure regulator (EPR) assembly // Proc. 3th Int. Spacecraft Propulsion Conference, Cannes, France 10-13 October 2000.
2. Van Put P., Van der List M. C. A. M., Yüce V. Development of an advanced proportional xenon feed assembly for the GOCE spacecraft // Proc. 4th Int. Spacecraft Propulsion Conference, Cagliari, Sardinia, Italy 2-4 June 2004.
3. Maslov A. N. Opyt «UNIIKM» po razrabotke tehnologii i izgotovleniju kompozitnyh ballonov vysokogo davlenija s metallicheskim lejinerom // Novyje materialy i tehnologii v raketno-kosmicheskoj tehnike. Sbornik materialov VIII mezhdunarodnoj konferencii molodyh specialistov organizacij raketno-kosmicheskoj, aviacionnoj i metrallurgicheskoj promyshlennosti Rossii, part I; IPK «Mashpribor». Korolev, 2010. 39 p.
© Ермошкин Ю. М., Житник Ю. Н., Ладыгин А. П., 2015
УДК 629.784
ПОВЫШЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ИМПУЛЬСА ЖРД ЗА СЧЁТ МЕТАЛЛОСОДЕРЖАЩЕГО ГОРЮЧЕГО
Е. А. Злобина, Р. М. Колегов
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Рассматривается металлосодержащее горючее, которое выступает в качестве компонента горючего -раствор лития в аммиаке - как эффективное ракетное горючее.
Ключевые слова: жидкостный ракетный двигатель, удельный импульс, камера сгорания.
INCREASING THE SPECIFIC IMPULSE ROCKET ENGINE DUE TO THE METAL-CONTAINING FUEL
E. A. Zlobina, R. M. Kolegov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The research examines metal-containing fuel that acts as a component of fuel presented by lithium - in - ammonia solution. It is efficient rocket fuel.
Keywords: liquid rocket engine, the specific impulse,combustion chamber.
Повышение удельного импульса (1у) относится к первоочередным задачам, которые решаются при создании новых ЖРД и модернизации эксплуатируемых двигателей. Удельный импульс является важнейшим параметром жидкостного ракетного двигателя, характеризующим эффективность жидкого ракетного топлива и совершенство конструкции двигателя. От величины удельного импульса в конечном счёте зависит весовая отдача ракетной системы.
В настоящее время актуальной задачей является увеличение удельного импульса ЖРД при минимальных экономических затратах, т. е. с использованием уже отработанной технологии создания двигателей. Проведён анализ существующих топлив и конструкций ЖРД. В результате анализа установлено, что одним из путей решения указанной задачи является использование добавления раствора лития в аммиаке в качестве горючего компонента.
