Организация работ на стартовой позиции

На космодроме Байконур пуск РКС “Энергия” может быть осуществлен с устройств двух типов. В состав СП входят две одинаковые штатные пусковые системы, удаленные друг от друга на 500 метров. Кроме них на расстоянии около 5 км от СП имеется пусковая система другого типа — универсальный комплекс стенд-старт (УКСС). Последний используется для отработки в наземных условиях блоков первой, второй ступени и “пакета” в целом с включением маршевых двигателей на практически полное полетное время. Именно с этой установки был осуществлен первый пуск “Энергии” в мае 1987 г. Второй пуск “Энергии” с “Бураном” в качестве полезной нагрузки в ноябре 1988 г. произведен со штатной стартовой установки. Стенд-старт имеет односкатный газоотражатель, отводящий продукты сгорания двигательных установок РКС в газоход, заглубленный на 40 м от поверхности. На штатной стартовой установке газы из 20 сопел работающих двигателей устремляются вниз в вертикальный колодец глубиной 23 м и диаметром около 20 м, на дне которого в центре установлен отражатель в виде восьмигранной пирамиды, направляющий газовый поток в три газохода, которые отводят его от пусковой системы.

Транспортно-установочный агрегат с РКС на стреле подходит к пусковой системе СП, пристыковывается к ней и с помощью гидравлического механизма подъема переводит РКС из транспортного, горизонтального положения в пусковое, вертикальное положение, а затем опускает РКС со стартово-стыковочным блоком на восемь металлических опор прямоугольного сечения. Блок “Я” соединяется с опорами с помощью механических замков-фиксаторов, обеспечивая надежное удержание РКС в вертикальном положении на пусковом устройстве. Через опоры и блок “Я” наземная часть электрических, пневматических и гидравлических коммуникаций соединяется с бортовой. После передачи веса РКС на опоры пусковой системы и закрепления РКС на них стрела транспортно-установочного агрегата может быть опущена, а сам агрегат — отведен с СП.

К стоящей на пусковой установке РКС (рис. 2.4) подводится башня обслуживания, имеющая раздвижные площадки обслуживания. Будучи сведены, они охватывают РН со всех сторон и обеспечивают доступ персонала ко всем обслуживаемым и контролируемым визуально элементам РН. К РН также подводятся подвижные площадки заправочно-дренажной мачты, несущие кабели связи “земля-борт”, а также некоторое оборудование и коммуникации для заправки и дренажа, которые и пристыковываются либо непосредственно к РН, либо через блок “Я”.

Установление связей “земля-борт” по электрическим, гидравлическим и пневматическим коммуникациям дает возможность приступить к решающему этапу предстартовой подготовки РКТС — заправке компонентами топлива и предпусковой проверке всей бортовой аппаратуры РН и полезной нагрузки.

В комплексе РКТС “Энергия” реализованы основные современные принципы обеспечения надежности функционирования и безопасности эксплуатации оборудования сложных технических систем. Сюда следует отнести такие чисто конструкторские мероприятия, как, например, использование новейших материалов с уникальными характеристиками, многократное резервирование критичных элементов комплекса и т. п. Безопасность комплекса повышена за счет введения дополнительных систем, предотвращающих или ликвидирующих аварийную ситуацию. Особое внимание уделено соответствующей организации технологического процесса предстартовой подготовки и пуска, которая предусматривает возможность выполнения большинства операций в случае возникновения внештатной ситуации несколькими различными способами с приведением комплекса в одинаковое конечное состояние.

Чрезвычайная интенсивность процессов при предстартовой подготовке к пуску, обусловленная как габаритами и энерговооруженностью РКС, так и в немалой степени теплофизическими характеристиками топливных компонентов, большим количеством одновременно действующих и, самое главное, взаимодействующих систем вызвали необходимость создания точных, быстродействующих и надежных систем контроля и управления объектами комплекса, функционирующих, как правило, в автоматическом режиме. По мере выполнения операций технологического процесса предстартовой подготовки, пуска и полета РКС меняются характер функционирования и роль этих систем, подчиняясь строгой иерархии, заложенной при разработке базирующегося на цифровых вычислительных машинах автоматического комплекса.

 Характер взаимодействия систем управления комплекса может быть проиллюстрирован участием их в заправке РКС компонентами топлива. Как известно, системы заправки топливных компонентов относятся к специальному технологическому оборудованию комплекса и предназначены для приемки, хранения и выдачи на борт РКС заданного количества компонента требуемой кондиции. Спецификой РКС “Энергия” является то, что два из трех компонентов топлива, заправляемых в бортовые баки РН, являются криогенными, т. е. имеют температуру кипения ниже 120 К: температура жидкого водорода 20 К, а кислорода 90 К. Более того, для повышения плотности и максимальной сохранности топлива в бортовых баках РН на активном участке траектории криогенные компоненты топлива заправляются переохлажденными, т. е. имеющим температуру ниже нормальной температуры кипения. Указанное обстоятельство отразилось на конструкции, составе и функционировании заправочных систем (ЗС). Все элементы ЗС, находящиеся в то или иное время в контакте с компонентами, снабжены самой эффективной на сегодняшний день теплоизоляцией — экранно-вакуумной, уменьшающей теплоприток к жидкости извне. Для отвода тепла, прошедшего через теплоизоляцию или переданного жидкости от каких-либо источников, в состав хранилища компонента введена холодильная установка, работающая на соответствующем низком температурном уровне. А в связи с тем, что степень переохлаждения компонента может меняться в некотором диапазоне в зависимости от полетного задания, ЗС должна включать устройство, за сравнительно небольшое время обеспечивающее понижение температуры компонента непосредственно перед пуском. Таким образом, криогенная ЗС еще задолго до вывода РКС на СП должна функционировать автономно, практически не взаимодействуя с другими системами комплекса. Работа ЗС осуществляется по командам системы, выполняющей одновременно функции контроля и управления. На основании показаний датчиков давления, температуры и других параметров включаются или отключаются агрегаты и устройства, обеспечивающие поддержание этих параметров на заданном уровне.

После установки РКС на СП и пристыковки ее к наземным коммуникациям начинается подготовка этих коммуникаций к выдаче криогенного компонента, заключающаяся в удалении из внутренних полостей газов, которые могут засорить компоненты или прореагировать с ними, охлаждении стенок этих полостей до уровня, исключающего испарение компонента, и заполнении магистралей компонентом. На данном этапе работа ЗС должна согласовываться с работой других систем комплекса. Взаимодействие осуществляется через работающую в непрерывном режиме автоматическую систему подготовки к пуску (АСУПП), которая координирует работу всех бортовых и наземных систем. Несколько сот датчиков бортовой системы централизованного контроля параметров показывают температуру и давление в различных точках конструкции РН, в отсеках и баках и через наземную аппаратуру и оборудование поддерживают эти параметры в заданных пределах.

Заправка РКС компонентами топлива является самым критическим этапом предстартовой подготовки. Вокруг стартового комплекса установлена зона повышенного внимания радиусом в 15 км. За 13,5 часов до пуска, когда начинается заправка, исключаются любые передвижения по зоне. С началом продувки систем персонал покидает площадки обслуживания, а с началом заправки жидкого водорода, примерно за 6 часов до пуска, на старте не остается ни одного человека — процесс предстартовой подготовки выполняется автоматически.

До начала заправки РКС компонентами топлива в работу включается система пожаровзрывопредупреждения (СПВП). Она должна срабатывать в нештатных ситуациях, ведущих к образованию в отсеках РН взрывоопасных смесей. В составе системы имеется несколько десятков высокочувствительных и точных газоанализаторов паров водорода, кислорода, керосина и пожарных извещателей, реагирующих на невидимое невооруженных глазом пламя водорода. Получаемая от датчиков информация обрабатывается и анализируется специализированным цифровым вычислительным комплексом (ЦВК). При возникновении пожаровзрывоопасной ситуации бортовая и наземная аппаратура СПВП подает в соответствующие отсеки газообразный азот или, в случае необходимости, высокоэффективное гасящее вещество - фреон.

Перед заправкой баков РКС топливом начинает работу система контроля заправки. Она использует дискретные и непрерывные датчики уровня, позволяющие измерять уровни компонентов по всей высоте бака. Их показания поступают через наземную аппаратуру в АСУПП и используются для управления процессом заправки.

Заправка бортовых баков РКС начинается с захолаживания и заполнения конечных участков наземных коммуникаций линии заправки (КУЛЗ). Сброс образующегося в КУЛЗ пара осуществляется через дренажные клапаны баков, подача компонентов в магистраль осуществляется на “предварительном” расходе, при котором исключается падение давления в баке. В процессе захолаживания КУЛЗ контролируется температура парожидкостной смеси перед заправочно-сливными клапанами РН. Если температура ее становится ниже определенной, то подача компонента временно прекращается и возобновляется только при повышении ее до температуры, несколько большей температуры кипения компонента. Контроль окончания захолаживания и заполнения КУЛЗ осуществляется по показаниям датчиков наземной системы, установленных на входе в блок “Я”. После получения сигнала об окончании захолаживания и заполнения КУЛЗ при работе в штатном режиме идет команда на подачу в баки компонента на “малом’ расходе. Температура компонента при “малом” расходе близка к температуре кипения, заполнение бака сопровождается генераций пара, что позволяет оценить герметичность бака. После прохождения зеркалом жидкости так называемого минимального нижнего уровня начинается заправка на “большом’ расходе, компонент при этом имеет номинальную температуру. При получении сигнала “предварительный уровень” расход переключается на “малый” и заправка продолжается до получения сигнала “номинальный уровень”. Нужно сказать, что работа ЗС компонентами топлива тесно связана с работой систем газоснабжения. Это объясняется не только необходимостью поддержания в бортовых баках определенного давления газовой среды, но и тем, что в баках криогенных компонентов находятся баллоны, предназначенные для хранения сжатых газов. Размещение газовых баллонов в криогенной жидкости позволяет повысить их вместимость при том же давлении хранения. Заполнение этих баллонов сжатым газом из наземной системы газоснабжения начинается только при погружении их в компонент. В ходе заправки непрерывно отслеживается соответствие параметров компонента и системы в целом заданным, в случае их отклонения выдаются команды на исполнительные органы, изменяющие эти параметры, а если этого не происходит, то следует команда на прекращение процесса. Так, например, если уровни компонента в баках первой ступени (боковых блоках) существенно различаются (что может привести к нерасчетным нагрузкам на конструкцию РН), следует команда на закрытие клапана на входе и команда на его открытие поступает только после выравнивания уровней.

По окончании заправки бортовых баков работа наземной и бортовой систем не прекращается. Вплоть до старта они осуществляют регулирование среднебаковой температуры и уровня переохлажденных компонентов топлива. Все параметры, характеризующие состояние РН и систем, при этом регистрируются, а необходимые — отображаются на пультах операторов.

С завершением заправки РКС компонентами топлива в действие вступают бортовой и наземный комплексы автономного управления (КАУ). Они способны обеспечить полностью автоматический режим предпусковых проверок всей бортовой аппаратуры РКС, выполнить предпусковые операции, осуществить запуск двигателей и управление системами и РКС при автономном полете. Перед пуском РКС в память вычислительной машины КАУ вводятся оперативные данные полетного задания, которые в определенной степени уточняют ранее размещенный массив информации на пуск: фактические температуры компонентов, последние данные по метеоусловиям и т. д. После этого начинается непрерывный автоматический режим работы РКС. По заданной циклограмме включаются различные системы, контролируется выполнение команд КАУ. При обнаружении неисправности АСУПП выдает команду автоматического прекращения подготовки (АПП). Выполнение дальнейших операций отменяется, и КАУ переходит в исходное состояние. В зависимости от момента выдачи команды АПП возможно принятие решения о повторении предпусковых операций, но уже со сдвигом момента пуска во времени. Если команда АПП поступила после так называемых необратимых операций (отстрела от РКС наземных электропневмо-коммуникаций, выдачи команды на запуск двигателей и т. д.), то необходимы восстановительные работы, выполняемые только при сливе из баков топливных компонентов.

В ходе предпусковых операций на борту РКС включаются бортовые источники электропитания. Вместе с ними свой контроль осуществляет система аварийной защиты двигателей. С помощью специальной системы приводятся в стартовое положение гироскопы. Отводятся площадки заправочно-дренажной мачты за исключением той, где проложена магистраль дренажа водорода. Перед запуском двигателя второй ступени включается система дожигания выбросов непрореагировавшего водорода. Запуск двигателей обеих ступеней осуществляется почти одновременно. Отвод последней площадки заправочно-дренажной мачты производится уже при движении РКС. Перед запуском двигателей начинает работать система шумоподавления, из емкостей которой вода разбрызгивается через форсунки в зоне двигательных установок, создавая защитный экран. РКС уходит со старта.