antonkachinskiy

Н-1. Надежность.


Есть еще одна интересная особенность стартового комплекса Н-1, которую обычно объясняют недостаточными средствами выделенными на его строительство. Но это не так...

 Итак — на фото видно что стартовые позиции Н-1 расположены близко друг к другу. Это позволяет упростить заправочные коммуникации и действительно сократить цену постройки. Минусом является то что в случае взрыва ракеты на старте повреждены будут оба стартовых стола. Так и произошло во время второго пуска Н-1 : ракета упала на стартовый стол и разрушила его. Кроме того взрыв повредил и соседний стол и  попытки запуска прекратились до их восстановления.  Поэтому для РН «Энергия» построили дополнительный стенд-старт, на таком расстоянии что взрыв ракеты на нем не мог бы повредить два старта Н-1 и наоборот.

 Но все это — опыт, сын ошибок трудных. В момент проектирования Н-1 такое развитие событий на старте считалось нереальным. Более того — Н-1  в момент разработки считалась сверхнадежным носителем, который должен был залетать с первого раза. Достигнуть этого предполагалось довольно нетрадиционным методом.

 Как известно вес ракеты складывается из веса ее конструкции и веса ракетного топлива и окислителя. И вес топлива намного превосходит вес конструкции ракеты. Из чего вытекает следствие что во время полета, когда часть горючего уже израсходована — ракета способна продолжить полет и без части двигателей, которые можно отключить или даже вообще сбросить. Это используется для повышения надежности: система управления ракеты- носителя может отключить  неисправный двигатель и продолжить полет если тяги оставшихся хватает. 

 Например во время второго старта Старуна-5 (миссия А-6) во время работы второй ступени было отключено 2 двигателя из 5 — но полезная нагрузка все же добралась до орбиты.

 Однако понятно что выключение одного двигателя сразу после старта ступени привело бы к прекращению миссии, так как топливо еще не выработано и тяги оставшихся не хватит для подъёма.

 Создатели Н-1 сделали из этого, как им показалось, логический вывод — если установить на ступени БОЛЬШЕ двигателей чем нужно, то можно будет отключать неисправные моторы прямо на старте, что повысит шансы на удачного выведения. Более того — это снижает требования к надежности самого ракетного двигателя.

 Сравним первые ступени Н-1 и С-5.  Н-1 в 30 двигательном варианте имеет стартовую массу 2735 тонн. И 30 двигателей с тягой по 154 тонны, так что суммарная тяга 4620 тонн. Тяговооружонность примерно 1.7. 

С-5 имеет стартовую массу около 2900 тонн и 5 двигателей тягой по 690 тонн, так что суммарная тяга — 3450 тонн. Тяговооруженность — примерно 1,2. 

 При отказе одного двигателя на старте С-5 просто не способен продолжать полет, так как тяга 4 F-1 меньше стартовой массы С-5. Н-1 способна проложить полет с отключенными прямо на старте 6 двигателями — так как в этом случае ее тяговооруженность будет все равно больше чем у С-5 — приблизительно 1.3! А далее, во время продолжения полета когда топливо вырабатывается можно будет отключать неисправные двигатели и дальше.

 И вот из этого и проистекают разные требования к двигателям Н-1 и С-5.

 Двигатели С-5 обязательно должны отработать все вместе некоторое время после старта, да и потом можно будет отключить только один. Так что на первом месте — надежность. Ради нее можно пойти на снижение других параметров, ибо без нее полет станет вообще невозможным. И двигатель F-1 проектировали исходя из этого. Не очень высокие удельные показатели, но надежность и многоразовость.  Многоразовость — вовсе не потому что С-5 планировалось как то возвращать и использовать повторно, а для контроля F-1.  Двигатель после изготовления можно было испытать два раза до установки на ракету и третий раз — в составе ступени. 

  От НК-15 требовались другие параметры. Так как на Н-1 изначально стаяло больше двигателей чем нужно — снижать удельные параметры НК-15 было нельзя. Соответвенно он и имел большее давление в камере сгорания и больший удельный импульс чем F-1. Зато многоразовость — не требовалась. НК-15 не допускали повторного включения без переборки. Изготавливалась партия, из нее проверялось несколько движков на стенде и в случае удачи — остальные устанавливались на Н-1. Понятно что и проверка в составе ступени не проводилась. Зачем? В случае отказа ничего страшного не произойдет, полет возможен и с отключенными двигателями. 

 Все это было вполне логично кроме одного - наличия на Н-1 такой  системы управления двигателями, которая бы успевала их отключать до взрыва. То есть — ненадежность ракетных двигателей должна была компенсировать надежная система управления ими. А создание такой системы в СССР  представляло собой очень большую проблему. 

 Электроника никогда не была сильной стороной советской промышленности и надежды Королева в этом плане представляются сомнительными изначально. Так оно и получилось. Система управления не смогла обеспечить штатную работу в первой ступени во время всех 4 попыток старта. Более того — во время второй именно она отключила 29 двигателей из 30 и уронила Н-1 обратно на стартовый стол. 

 Собственно разработка НК-33, который должен был сменить НК-15 и было признанием того что изначальная концепция Н-1 неверна. НК-33  стал многоразовым с повышенной надежностью. И испытывать должны были уже все двигатели. Но на Н-1 он так и не попал.

  И после катастрофы второго экземпляра Н-1 в систему ее управления внесли изменения. Теперь система управления не могла выключить все двигатели в течении времени необходимого для увода ракеты от старта. Более того — после старта ракета сразу совершала маневр, чтобы не упасть на него. 

  На Сатурне-5 и запрет на отключение и маневр увода был предусмотрен изначально...

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic