Etapa superior rusa "breeze-m". Interesante y educativo: la etapa superior Breeze-M

La etapa superior Briz-M está diseñada para aumentar las capacidades de los vehículos de lanzamiento pesados ​​como Angara A5, Proton-K,
"Proton-M" tanto en términos de la masa de la carga útil lanzada en una amplia gama de órbitas como en términos del volumen previsto de la zona de carga útil.

El bloque acelerador Briz-M tiene un diseño compacto. Consiste en un bloque central y un bloque adicional toroidal desechable de tanques de combustible que lo rodea.

Figura 1 - Esquema de lanzamiento de una nave espacial utilizando el Briz-M RB

El motor cohete de líquido sustentador 14D30 está instalado en un nicho dentro del tanque de combustible del bloque central y puede encenderse varias veces. Los motores de cohetes líquidos de bajo empuje, que funcionan con los mismos componentes de combustible que el motor principal, proporcionan orientación y estabilización del cohete durante las fases pasivas del vuelo autónomo, así como la sedimentación del combustible en los tanques durante los repetidos arranques del motor principal.

Instalado en el compartimiento de instrumentos ubicado en la parte superior del bloque central, el sistema de control inercial controla el vuelo de la etapa superior y sus sistemas a bordo. La etapa superior Briz-M también está equipada con un sistema de suministro de energía y equipos para recopilar información telemétrica y mediciones de trayectoria externa.

La nave espacial se lanza utilizando la etapa superior Briz-M. Para optimizar los costos de energía, se desarrolló un esquema para el vuelo del RB a la órbita objetivo con cinco activaciones del motor principal (MD)

bloque de carreras.

El primer encendido del MS RB se realiza 93 segundos después de la separación del VI, como resultado de lo cual la unidad orbital (OB) ingresa a la órbita de referencia.

El segundo encendido del MD se realiza en la zona del nodo de la órbita de referencia y asegura la formación de una órbita intermedia, en cuyo perigeo se realiza el tercer y cuarto encendido del MD a través de la órbita. como resultado de lo cual el bloque orbital se lanza a la órbita de transferencia. Durante la pausa entre la tercera y cuarta activación del MD, se descargan los tanques de combustible adicionales (ATT) de la etapa superior. El cuarto encendido del MD se realiza 125 s después del final del tercer encendido del MD. El vuelo en órbitas intermedias y de transferencia se realiza con rotación del OB alrededor del eje longitudinal.

Figura 2 – RB “Briz-M” durante las pruebas en MIK

Características principales de RB "Briz-M":

Dimensiones totales, m:

Longitud, m 2 654

Diámetro, m 4

Peso seco, m 2 665

Componentes del combustible:

Agente oxidante: tetróxido de nitrógeno

Combustible: UDMH

Peso del combustible llenado, kg

Agente oxidante: 13 26

Combustible: 6660

Motor principal: 14D30

Empuje, kN 20

Impulso de empuje específico, N*s/kg 3255

El quinto encendido del MD RB asegura el OB en la órbita objetivo y se lleva a cabo en la zona del apogeo de la órbita de transferencia.

Antes de separar las naves espaciales, la unidad orbital se gira a la posición de separación de las naves espaciales, que está determinada por los requisitos del Cliente. La nave espacial se separa 700 s después de que se apaga el MD en la órbita objetivo.

Las conexiones mecánicas entre la nave espacial y el RB se rompen durante el proceso de separación en la unión de la nave espacial con el sistema de transición. Después de que se rompe la cinta tensora, la nave espacial es empujada fuera del RB con ayuda de empujadores de resorte con una velocidad relativa de 0,75 m/s.

Después de la separación de la nave espacial y una sesión de medición de los parámetros orbitales, la etapa superior se retira del área de trabajo de la nave espacial y se transfiere a un estado seguro (se libera presión de todos los tanques).

La duración total de la inserción desde el momento del lanzamiento del vehículo de lanzamiento hasta la separación de la nave espacial es de 33020 segundos (~ 9 horas 10 minutos).

De todos los parámetros orbitales, aquí nos interesarán tres parámetros: la altura del periapsis (para la Tierra - perigeo), la altura del apocentro (para la Tierra - apogeo) y la inclinación:

• La altura del apocentro es la altura del punto más alto de la órbita, denotado como Ha.
• La altura del periapsis es la altura del punto más bajo de la órbita, denominado Hn.
• La inclinación orbital es el ángulo entre el plano orbital y el plano que pasa por el ecuador de la Tierra (en nuestro caso, las órbitas alrededor de la Tierra), denotado como i.

Una órbita geoestacionaria es una órbita circular con una altitud de periapsis y apoapsis de 35.786 km sobre el nivel del mar y una inclinación de 0 grados. En consecuencia, nuestra tarea se divide en las siguientes etapas: entrar en la órbita terrestre baja, elevar el apocentro a 35.700 km, cambiar la inclinación a 0 grados, elevar el periapsis a 35.700 km. Es más rentable cambiar la inclinación de la órbita en el apocentro, porque allí la velocidad del satélite es menor, y cuanto menor es la velocidad, menos delta-V se debe aplicar para cambiarla. Uno de los trucos de la mecánica orbital es que a veces es más rentable elevar el apocentro mucho más alto de lo deseado, cambiar allí la inclinación y luego bajar el apocentro al deseado. El costo de subir y bajar el apocentro por encima del cambio de inclinación deseado puede ser menor que el cambio de inclinación a la altura del apocentro deseado.

Plan de vuelo

En el escenario Briz-M, es necesario lanzar Sirius-4, un satélite de comunicaciones sueco lanzado en 2007. En los últimos años ya ha cambiado de nombre y ahora es “Astra-4A”. El plan para su eliminación fue el siguiente:


Está claro que cuando entramos en órbita manualmente, perdemos la precisión de las máquinas que realizan cálculos balísticos, por lo que nuestros parámetros de vuelo tendrán errores bastante grandes, pero esto no da miedo.

Etapa 1. Entrando en la órbita de referencia.

La etapa 1 toma tiempo desde el lanzamiento del programa hasta la entrada en una órbita circular con una altitud de aproximadamente 170 km y una inclinación de 51 grados (un doloroso legado de la latitud de Baikonur; si se lanzara desde el ecuador sería inmediatamente 0 grados ).
Guión Protón LV / Protón M / Protón M - Breeze M (Sirius 4)

Desde cargar el simulador hasta separar la etapa superior de la tercera etapa, puedes admirar las vistas: todo se hace automáticamente. A menos que necesite cambiar el enfoque de la cámara al cohete desde la vista desde el suelo (presione F2 a los valores en la parte superior izquierda dirección absoluta o marco global).
Durante el proceso de reproducción, recomiendo cambiar a la vista "interior". F1, prepárate para lo que nos espera:


Por cierto, en Orbiter puedes hacer una pausa Ctrl-P, esto puede ser útil para ti.
Algunas explicaciones sobre los valores de los indicadores que son importantes para nosotros:


Después de que la tercera etapa se separe, nos encontramos en una órbita abierta con la amenaza de caer al Océano Pacífico si actuamos lenta o incorrectamente. Para evitar tan triste destino, deberíamos entrar en la órbita de referencia, para lo cual deberíamos:

1. Detener la rotación del bloque presionando un botón número 5. TENNESSE. Modo KillRot (detener la rotación). Después de fijar la posición, el modo se apaga automáticamente.
2. Cambie la vista atrás a la vista adelante con el botón C.
3. Cambie el indicador del parabrisas al modo orbital (Órbita a la Tierra en la parte superior) presionando el botón h.
4. Llaves número 2(aparecer) Numero 8(rechazar) número 1(Gire a la izquierda), Numero 3(Gire a la derecha), Número 4(girar hacia la izquierda), Número 6(girar hacia la derecha) y número 5(detener la rotación) gire el bloque en la dirección del movimiento con un ángulo de inclinación de aproximadamente 22 grados y fije la posición.
5. Inicie el procedimiento de arranque del motor (primero Número + Entonces, sin soltarme, Control).

Si haces todo correctamente, la imagen se verá así:


Después de encender el motor:

1. Cree una rotación que fije el ángulo de paso (un par de presiones de Num 8 y el ángulo no cambiará notablemente).
2. Mientras el motor está en marcha, mantenga el ángulo de inclinación entre 25 y 30 grados.
3. Cuando los valores de periapsis y apocentro estén en la región de 160-170 km, apague el motor con el botón Núm. *.

Si todo ha ido bien será algo como:


La parte más nerviosa ya pasó, estamos en órbita, no hay dónde caer.

Etapa 2. Entrada a órbita intermedia

Debido a la baja relación empuje-peso, el apocentro debe elevarse hasta los 35.700 km en dos etapas. La primera etapa entra en una órbita intermedia con un apocentro de ~5000 km. La especificidad del problema es que es necesario acelerar para que el apocentro no acabe alejado del ecuador, es decir necesitas acelerar simétricamente con respecto al ecuador. La proyección del esquema resultante en un mapa de la Tierra nos ayudará en esto:


Imagen del Turksat 4A lanzado recientemente, pero no importa.
Preparándose para entrar en una órbita intermedia:

1. Cambie la pantalla multifunción izquierda al modo mapa ( Desplazamiento a la izquierda F1, Desplazamiento a la izquierda M).
2. R, reduce la velocidad 10 veces t) esperar hasta sobrevolar Sudamérica.
3. Oriente el bloque en una posición prograda (con la punta en la dirección del movimiento). Puedes presionar el botón [ , para que esto se haga automáticamente, pero aquí no es muy efectivo, es mejor hacerlo manualmente.
4. Gire el bloque hacia abajo para mantener una posición progresiva.

Debería verse algo como:


En la región de 27 grados de latitud, es necesario encender el motor y, manteniendo una posición prograda, volar hasta llegar al apocentro de 5000 km. Puede habilitar una aceleración 10x. Al llegar al apocentro de 5000 km, apagar el motor.

La música, en mi opinión, es muy adecuada para la aceleración en órbita.

Si todo ha ido bien nos saldrá algo como:

Etapa 3. Entrada a la órbita de transferencia.

Muy similar a la etapa 2:

1. Acelerando el tiempo (acelerar 10 veces R, reduce la velocidad 10 veces t, puedes acelerar con seguridad hasta 100x, no recomiendo 1000x) espera hasta que sobrevuele Sudamérica.
2. Oriente el bloque en una posición prograda (con la punta en la dirección del movimiento).
3. Gire el bloque hacia abajo para mantener una posición progresiva.
4. En la región de 27 grados de latitud, es necesario encender el motor y, manteniendo una posición prograda, volar hasta llegar al apocentro a 35.700 km. Puede habilitar una aceleración 10x.
5. Cuando el tanque de combustible externo se quede sin combustible, reinícielo presionando D. Arranque el motor nuevamente.

Restablecimiento del tanque de combustible, funcionamiento visible de los motores de deposición.


Resultado. Tenga en cuenta que tenía prisa por apagar el motor, el apocentro está a 34,7 mil km. Esto no da miedo, por la pureza del experimento lo dejaremos así.


Hermosa vista

Etapa 4. Cambiar la inclinación orbital.

Si hiciste todo con errores menores, entonces el apocentro estará cerca del ecuador. Procedimiento:

1. Acelerando el tiempo a 1000x, espere a que se acerque al ecuador.
2. Oriente el bloque perpendicular al vuelo, hacia arriba, visto desde el exterior de la órbita. Para ello es adecuado el modo automático Nml+, que se activa pulsando un botón. ; (también conocido como y)
3. Enciende el motor.
4. Si queda combustible después de la maniobra de puesta a cero de la inclinación, puedes gastarlo en elevar el periapsis.
5. Después de quedarse sin combustible, use el botón j separar el satélite, exponer sus paneles solares y antenas Alt-A, Alt-S

Posición inicial antes de la maniobra.


despues de la maniobra

Etapa 5. Lanzamiento independiente del satélite a GEO.

El satélite tiene un motor que se puede utilizar para elevar el periapsis. Para ello, en la zona del periapsis, orientamos progresivamente el satélite y encendemos el motor. El motor está débil, es necesario repetirlo varias veces. Si se hace todo correctamente, al satélite todavía le quedará aproximadamente un 20% de su combustible para corregir las perturbaciones orbitales. En realidad, la influencia de la Luna y otros factores conducen a que la órbita de los satélites se deforme y sea necesario desperdiciar combustible para mantener los parámetros requeridos.
Si todo funcionó para usted, la imagen se verá así:

Bueno, una pequeña ilustración del hecho de que un satélite GEO se encuentra sobre un lugar de la Tierra:

Diagrama de lanzamiento de Turksat 4A, a modo de comparación.

La familia Briz de etapas superiores (Briz-M, Briz-KM) es un ejemplo de dispositivo desarrollado después del colapso de la URSS. Hubo varias razones para este desarrollo:

• Basado en el misil balístico intercontinental UR-100, se desarrolló un vehículo de lanzamiento reconvertido "Rokot", para el cual sería útil una etapa superior (UR).
• En el Proton, para el lanzamiento a la órbita geoestacionaria, se utilizó el DM RB, que utilizaba el par "oxígeno-queroseno" "no nativo" del Proton, tenía un tiempo de vuelo autónomo de solo 7 horas y su capacidad de carga útil podía ser incrementado.

El desarrollador de las etapas superiores de la familia Breeze es la Empresa Unitaria del Estado Federal "Centro Estatal de Investigación y Producción Espacial que lleva el nombre de M.V. Khrunichev". En 1990-1994 se realizaron lanzamientos de prueba y, en mayo-junio de 2000, vuelos de ambas modificaciones del Briz: Briz-KM para Rokot y Briz-M para Proton. La principal diferencia entre ellos es la presencia de tanques de combustible desechables adicionales en el Brize-M, que proporcionan una mayor reserva de velocidad característica (delta-V) y permiten el lanzamiento de satélites más pesados.

Los bloques de la familia “Breeze” se distinguen por un diseño muy denso:

Características de las soluciones técnicas:

• El motor está ubicado dentro del “vidrio” del tanque.
• Dentro de los tanques también hay cilindros de helio para presurización.
• Los tanques de combustible y oxidante tienen una pared común (gracias al uso del par UDMH/AT esto no representa una dificultad técnica), no hay aumento en la longitud del bloque debido al compartimiento entre tanques
• Los tanques soportan carga: no hay armaduras eléctricas que requieran peso adicional y aumenten la longitud.
• Los tanques desechables son en realidad la mitad del escenario, lo que, por un lado, requiere peso adicional en las paredes y, por otro, permite aumentar el margen de velocidad característico al desechar los tanques vacíos.

El diseño denso ahorra dimensiones geométricas y peso, pero también tiene sus inconvenientes. El motor, que al funcionar emite calor, está situado muy cerca de los depósitos y tuberías.

La combinación de una temperatura del combustible más alta (entre 1 y 2 grados, dentro de las especificaciones) con una mayor intensidad térmica del motor durante el funcionamiento (también dentro de las especificaciones) provocó la ebullición del oxidante y una interrupción del enfriamiento de la turbina del turbocompresor por el oxidante líquido y la interrupción de su funcionamiento, que provocó un accidente RB durante el lanzamiento del satélite Yamal-402 en diciembre de 2012.

Los motores RB utilizan una combinación de tres tipos de motores: el principal S5.98 (14D30) con un empuje de 2 toneladas, cuatro motores de corrección (en realidad son motores de depósito, motores de vacío), que se encienden antes de arrancar el motor principal. para depositar el combustible en el fondo de los depósitos, y doce motores de orientación con un empuje de 1,3 kg. El motor principal tiene parámetros muy altos (presión en la cámara de combustión ~100 atm, impulso específico 328,6 s) a pesar de su diseño abierto. Sus "padres" estuvieron en las estaciones marcianas "Phobos" y sus "abuelos" estuvieron en estaciones de alunizaje como "Luna-16". El motor de propulsión se puede encender de manera confiable hasta ocho veces y la vida activa de la unidad es de al menos un día.

La masa de una unidad completamente cargada es de hasta 22,5 toneladas y la carga útil alcanza las 6 toneladas. Pero la masa total del bloque después de la separación de la tercera etapa del vehículo de lanzamiento es de poco menos de 26 toneladas. Cuando se inserta en una órbita de geotransferencia, el RB no recibe suficiente combustible y un tanque completamente lleno para su inserción directa en la órbita geoestacionaria entregó un máximo de 3,7 toneladas de carga útil. La relación empuje-peso de la unidad es igual a ~0,76. Este es un inconveniente del Breeze RB, pero pequeño. El hecho es que después de la separación, RB+PN se encuentran en una órbita abierta, lo que requiere un impulso para su inserción adicional, y el pequeño empuje del motor conduce a pérdidas gravitacionales. Las pérdidas gravitacionales son aproximadamente del 1 al 2%, lo cual es bastante pequeño. Además, los largos períodos de funcionamiento del motor aumentan los requisitos de confiabilidad. Por otro lado, el motor principal tiene una vida útil garantizada de hasta 3200 segundos (¡casi una hora!).

Características de rendimiento de la etapa superior Briz-KM.

• Composición - Monobloque con compartimiento de tanque cónico y motor de propulsión ubicado en el nicho del tanque “G”.
• Aplicación: como parte del vehículo de lanzamiento Rokot como tercera etapa
• Características principales - Posibilidad de maniobrar en vuelo.
• Masa inicial, t - 6,475
• Reserva de combustible (AT+UDMH), t - hasta 5.055
• Tipo, número y empuje de vacío de los motores:
  • Motor de cohete líquido 14D30 (1 pieza), 2,0 tf (mantenimiento),
  • Motor de cohete líquido 11D458 (4 piezas) de 40 kgf cada uno (motores de corrección),
  • 17D58E (12 piezas) 1,36 kgf cada una (motores de actitud y estabilización)

• Tiempo máximo de vuelo autónomo, hora. - 7
• Año del primer vuelo: mayo de 2000.

Características tácticas y técnicas de la etapa superior Briz-M.

• Composición - Etapa superior, formada por un bloque central basado en el Briz-KM RB y un depósito de combustible adicional descartable de forma toroidal que lo rodea.
• Aplicación: como parte del vehículo de lanzamiento Proton-M, los vehículos de lanzamiento Angara-A3 y Angara-A5
• Características clave
  • dimensiones extremadamente pequeñas;
  • la capacidad de lanzar naves espaciales grandes y pesadas;
  • Posibilidad de operación a largo plazo en vuelo.

• Peso inicial, t - hasta 22,5
• Reserva de combustible (AT+UDMH), t - hasta 20
• Número de activaciones del motor principal: hasta 8
• Tiempo máximo de vuelo autónomo, hora. - al menos 24 (según TTZ)

La buena reacción ante el simulador espacial Orbiter y al menos doscientas personas que se interesaron y descargaron complementos me llevaron a la idea de continuar con la serie de artículos educativos y de juegos. Además, quiero facilitar la transición del primer artículo, en el que todo se hace automáticamente, sin necesidad de acciones, a experimentos independientes, para que no termines con una broma sobre dibujar un búho. Este artículo tiene los siguientes objetivos:

• Cuéntanos sobre la familia Breeze de etapas superiores.
• Dar una idea de los principales parámetros del movimiento orbital: apocentro, periapsis, inclinación orbital.
• Proporcionar una comprensión de los conceptos básicos de la mecánica orbital y los lanzamientos a la órbita geoestacionaria (GEO).
• Proporcionar una guía sencilla para dominar la salida manual a OSG en el simulador.

Introducción

Poco se piensa en esto, pero la familia Briz de etapas superiores (Briz-M, Briz-KM) es un ejemplo de un dispositivo desarrollado después del colapso de la URSS. Hubo varias razones para este desarrollo:

• Basado en el misil balístico intercontinental UR-100, se desarrolló un vehículo de lanzamiento reconvertido "Rokot", para el cual sería útil una etapa superior (UR).
• En el Proton, para el lanzamiento a la órbita geoestacionaria, se utilizó el DM RB, que utilizaba el par "oxígeno-queroseno" "no nativo" del Proton, tenía un tiempo de vuelo autónomo de solo 7 horas y su capacidad de carga útil podía ser incrementado.

En 1990-1994 se realizaron lanzamientos de prueba y, en mayo-junio de 2000, vuelos de ambas modificaciones del Briz: Briz-KM para Rokot y Briz-M para Proton. La principal diferencia entre ellos es la presencia de tanques de combustible desechables adicionales en el Brize-M, que proporcionan un mayor margen de velocidad característico (delta-V) y permiten el lanzamiento de satélites más pesados. Aquí tenéis una foto que ilustra muy bien la diferencia:

Diseño

Los bloques de la familia “Breeze” se distinguen por un diseño muy denso:

Dibujo más detallado

Preste atención a las soluciones técnicas:

• El motor está ubicado dentro del “vidrio” del tanque.
• Dentro de los tanques también hay cilindros de helio para presurización.
• Los tanques de combustible y oxidante tienen una pared común (gracias al uso del par UDMH/AT esto no representa una dificultad técnica), no hay aumento en la longitud del bloque debido al compartimiento entre tanques
• Los tanques soportan carga: no hay armaduras eléctricas que requieran peso adicional y aumenten la longitud.
• Los tanques desechables son en realidad la mitad del escenario, lo que, por un lado, requiere peso adicional en las paredes y, por otro, permite aumentar el margen de velocidad característico al desechar los tanques vacíos.

El diseño denso ahorra dimensiones geométricas y peso, pero también tiene sus inconvenientes. Por ejemplo, un motor que emite calor cuando está en marcha está situado muy cerca de depósitos y tuberías. Y la combinación de una temperatura del combustible más alta (de 1 a 2 grados, dentro de las especificaciones) con una mayor intensidad térmica del motor durante el funcionamiento (también dentro de las especificaciones) provocó la ebullición del oxidante y una interrupción del enfriamiento del turbina del turbocompresor por el oxidante líquido y la interrupción de su funcionamiento, lo que provocó el accidente de RB durante el lanzamiento del satélite Yamal-402 en diciembre de 2012.
Los motores RB utilizan una combinación de tres tipos de motores: el principal S5.98 (14D30) con un empuje de 2 toneladas, cuatro motores de corrección (en realidad son motores de depósito, motores de vacío), que se encienden antes de arrancar el motor principal. para depositar el combustible en el fondo de los depósitos, y doce motores de orientación con un empuje de 1,3 kg. El motor principal tiene parámetros muy altos (presión en la cámara de combustión ~100 atm, impulso específico 328,6 s) a pesar de su diseño abierto. Sus "padres" estuvieron en las estaciones marcianas "Phobos" y sus "abuelos" estuvieron en estaciones de alunizaje como "Luna-16". El motor de propulsión se puede encender de manera confiable hasta ocho veces y la vida activa de la unidad es de al menos un día.
La masa de un bloque completamente alimentado es de hasta 22,5 toneladas; con una carga útil de ~6 toneladas, la masa del bloque después de la separación de la tercera etapa del vehículo de lanzamiento será de ~28-29 toneladas. Aquellos. La relación empuje-peso del bloque es igual a ~0,07. Este es un inconveniente del Breeze RB, pero no muy grande. El hecho es que después de la separación, los RB+ PN se encuentran en una órbita abierta, lo que requiere un impulso para su inserción adicional, y el bajo empuje del motor conduce a pérdidas gravitacionales. Además, los largos períodos de funcionamiento del motor aumentan los requisitos de confiabilidad. Por otro lado, el motor principal tiene una vida útil garantizada de hasta 3200 segundos (¡casi una hora!).

Un poco de confiabilidad

La familia Breeze RB tiene un uso muy activo:

• 4 vuelos de "Breeze-M" en "Proton-K"
• 72º vuelo de "Breeze-M" en "Proton-M"
• 16 vuelos de Briz-KM en Rokot

Un total de 92 vuelos al 16 de febrero de 2014. De estos, 5 accidentes ocurrieron (anoté un éxito parcial con Yamal-402 como accidente) por falla de la unidad Briz-M y 2 por falla del Briz-KM, lo que nos da una confiabilidad de 92 %. Veamos las causas de los accidentes con más detalle:

1. 28 de febrero de 2006, ArabSat 4A: parada prematura del motor debido a la entrada de partículas extrañas en la boquilla de la turbina hidráulica (,), un único defecto de fabricación.
2. 15 de marzo de 2008, AMC-14: parada prematura del motor, destrucción de un gasoducto de alta temperatura (), requirió modificación.
3. 18 de agosto de 2011, Express-AM4. El intervalo de tiempo para girar la plataforma giroestabilizada está excesivamente "reducido", orientación incorrecta (), error del programador.
4. 6 de agosto de 2012, Telkom 3, Express MD2. Parada del motor por obstrucción de la línea de impulso (), defecto de fabricación.
5. 9 de diciembre de 2012, Yamal-402. Apagado del motor por falla de la bomba de bombeo, una combinación de factores de temperatura desfavorables ()
6. 8 de octubre de 2005, “Briz-KM”, Cryosat, no separación de la segunda etapa y la etapa superior, funcionamiento anormal del software (), error del programador.
7. 1 de febrero de 2011, “Briz-KM”, Geo-IK2, impulso anormal del motor, presuntamente por falla del sistema de control por falta de telemetría, no se puede determinar la causa exacta;

Si analizamos las causas de los accidentes, solo dos están asociados con problemas y errores de diseño: el desgaste del gasoducto y la falla del enfriamiento de la bomba de calefacción. Todos los demás accidentes, cuya causa se conoce con certeza, están asociados con problemas con la calidad de la producción y la preparación para el lanzamiento. Esto no es sorprendente: la industria espacial requiere una calidad de trabajo muy alta y un error, incluso por parte de un empleado común y corriente, puede provocar un accidente. El "Breeze" en sí no es un diseño fallido, sin embargo, vale la pena señalar la falta de margen de seguridad debido al hecho de que para garantizar el máximo rendimiento de los materiales RB, estos trabajan cerca del límite de su resistencia física.

Volemos

Es hora de pasar a la práctica: vaya manualmente a la órbita geoestacionaria en Orbiter. Para ello necesitaremos:
La versión de Orbiter, si aún no la has descargado después de leer el primer artículo, aquí tienes el enlace.
Descarga del complemento “Proton LV” desde aquí

una pequeña teoría

De todos los parámetros orbitales, aquí nos interesarán tres parámetros: la altura del periapsis (para la Tierra - perigeo), la altura del apocentro (para la Tierra - apogeo) y la inclinación:

• La altura del apocentro es la altura del punto más alto de la órbita, denotado como Ha.
• La altura del periapsis es la altura del punto más bajo de la órbita, denominado Hn.
• La inclinación orbital es el ángulo entre el plano orbital y el plano que pasa por el ecuador de la Tierra (en nuestro caso, las órbitas alrededor de la Tierra), denotado como i.

Una órbita geoestacionaria es una órbita circular con una altitud de periapsis y apoapsis de 35.786 km sobre el nivel del mar y una inclinación de 0 grados. En consecuencia, nuestra tarea se divide en las siguientes etapas: entrar en la órbita terrestre baja, elevar el apocentro a 35.700 km, cambiar la inclinación a 0 grados, elevar el periapsis a 35.700 km. Es más rentable cambiar la inclinación de la órbita en el apocentro, porque allí la velocidad del satélite es menor, y cuanto menor es la velocidad, menos delta-V se debe aplicar para cambiarla. Uno de los trucos de la mecánica orbital es que a veces es más rentable elevar el apocentro mucho más alto de lo deseado, cambiar allí la inclinación y luego bajar el apocentro al deseado. El costo de subir y bajar el apocentro por encima del cambio de inclinación deseado puede ser menor que el cambio de inclinación a la altura del apocentro deseado.

Plan de vuelo

En el escenario Briz-M, es necesario lanzar Sirius-4, un satélite de comunicaciones sueco lanzado en 2007. En los últimos años ya ha cambiado de nombre y ahora es “Astra-4A”. El plan para su eliminación fue el siguiente:


Está claro que cuando entramos en órbita manualmente, perdemos la precisión de las máquinas que realizan cálculos balísticos, por lo que nuestros parámetros de vuelo tendrán errores bastante grandes, pero esto no da miedo.

Etapa 1. Entrando en la órbita de referencia.

La etapa 1 toma tiempo desde el lanzamiento del programa hasta la entrada en una órbita circular con una altitud de aproximadamente 170 km y una inclinación de 51 grados (un doloroso legado de la latitud de Baikonur; si se lanzara desde el ecuador sería inmediatamente 0 grados ).
Guión Protón LV / Protón M / Protón M - Breeze M (Sirius 4)

Desde cargar el simulador hasta separar la etapa superior de la tercera etapa, puedes admirar las vistas: todo se hace automáticamente. A menos que necesite cambiar el enfoque de la cámara al cohete desde la vista desde el suelo (presione F2 a los valores en la parte superior izquierda dirección absoluta o marco global).
Durante el proceso de reproducción, recomiendo cambiar a la vista "interior". F1, prepárate para lo que nos espera:


Por cierto, en Orbiter puedes hacer una pausa Ctrl-P, esto puede ser útil para ti.
Algunas explicaciones sobre los valores de los indicadores que son importantes para nosotros:


Después de que la tercera etapa se separe, nos encontramos en una órbita abierta con la amenaza de caer al Océano Pacífico si actuamos lenta o incorrectamente. Para evitar tan triste destino, deberíamos entrar en la órbita de referencia, para lo cual deberíamos:

1. Detener la rotación del bloque presionando un botón número 5. TENNESSE. Modo KillRot (detener la rotación). Después de fijar la posición, el modo se apaga automáticamente.
2. Cambie la vista atrás a la vista adelante con el botón C.
3. Cambie el indicador del parabrisas al modo orbital (Órbita a la Tierra en la parte superior) presionando el botón h.
4. Llaves número 2(aparecer) Numero 8(rechazar) número 1(Gire a la izquierda), Numero 3(Gire a la derecha), Número 4(girar hacia la izquierda), Número 6(girar hacia la derecha) y número 5(detener la rotación) gire el bloque en la dirección del movimiento con un ángulo de inclinación de aproximadamente 22 grados y fije la posición.
5. Inicie el procedimiento de arranque del motor (primero Número + Entonces, sin soltarme, Control).

Si haces todo correctamente, la imagen se verá así:


Después de encender el motor:

1. Cree una rotación que fije el ángulo de paso (un par de presiones de Num 8 y el ángulo no cambiará notablemente).
2. Mientras el motor está en marcha, mantenga el ángulo de inclinación entre 25 y 30 grados.
3. Cuando los valores de periapsis y apocentro estén en la región de 160-170 km, apague el motor con el botón Núm. *.

Si todo ha ido bien será algo como:


La parte más nerviosa ya pasó, estamos en órbita, no hay dónde caer.

Etapa 2. Entrada a órbita intermedia

Debido a la baja relación empuje-peso, el apocentro debe elevarse hasta los 35.700 km en dos etapas. La primera etapa entra en una órbita intermedia con un apocentro de ~5000 km. La especificidad del problema es que es necesario acelerar para que el apocentro no acabe alejado del ecuador, es decir necesitas acelerar simétricamente con respecto al ecuador. La proyección del esquema resultante en un mapa de la Tierra nos ayudará en esto:


Imagen del Turksat 4A lanzado recientemente, pero no importa.
Preparándose para entrar en una órbita intermedia:

1. Cambie la pantalla multifunción izquierda al modo mapa ( Desplazamiento a la izquierda F1, Desplazamiento a la izquierda M).
2. R, reduce la velocidad 10 veces t) esperar hasta sobrevolar Sudamérica.
3. Oriente el bloque en una posición prograda (con la punta en la dirección del movimiento). Puedes presionar el botón [ , para que esto se haga automáticamente, pero aquí no es muy efectivo, es mejor hacerlo manualmente.
4. Gire el bloque hacia abajo para mantener una posición progresiva.

Debería verse algo como:


En la región de 27 grados de latitud, es necesario encender el motor y, manteniendo una posición prograda, volar hasta llegar al apocentro de 5000 km. Puede habilitar una aceleración 10x. Al llegar al apocentro de 5000 km, apagar el motor.

La música, en mi opinión, es muy adecuada para la aceleración en órbita.

Si todo ha ido bien nos saldrá algo como:

Etapa 3. Entrada a la órbita de transferencia.

Muy similar a la etapa 2:

1. Acelerando el tiempo (acelerar 10 veces R, reduce la velocidad 10 veces t, puedes acelerar con seguridad hasta 100x, no recomiendo 1000x) espera hasta que sobrevuele Sudamérica.
2. Oriente el bloque en una posición prograda (con la punta en la dirección del movimiento).
3. Gire el bloque hacia abajo para mantener una posición progresiva.
4. En la región de 27 grados de latitud, es necesario encender el motor y, manteniendo una posición prograda, volar hasta llegar al apocentro a 35.700 km. Puede habilitar una aceleración 10x.
5. Cuando el tanque de combustible externo se quede sin combustible, reinícielo presionando D. Arranque el motor nuevamente.

Restablecimiento del tanque de combustible, funcionamiento visible de los motores de deposición.


Resultado. Tenga en cuenta que tenía prisa por apagar el motor, el apocentro está a 34,7 mil km. Esto no da miedo, por la pureza del experimento lo dejaremos así.


Hermosa vista

Etapa 4. Cambiar la inclinación orbital.

Si hiciste todo con errores menores, entonces el apocentro estará cerca del ecuador. Procedimiento:

1. Acelerando el tiempo a 1000x, espere a que se acerque al ecuador.
2. Oriente el bloque perpendicular al vuelo, hacia arriba, visto desde el exterior de la órbita. Para ello es adecuado el modo automático Nml+, que se activa pulsando un botón. ; (también conocido como y)
3. Enciende el motor.
4. Si queda combustible después de la maniobra de puesta a cero de la inclinación, puedes gastarlo en elevar el periapsis.
5. Después de quedarse sin combustible, use el botón j separar el satélite, exponer sus paneles solares y antenas Alt-A, Alt-S

Posición inicial antes de la maniobra.


despues de la maniobra

Etapa 5. Lanzamiento independiente del satélite a GEO.

El satélite tiene un motor que se puede utilizar para elevar el periapsis. Para ello, en la zona del periapsis, orientamos progresivamente el satélite y encendemos el motor. El motor está débil, es necesario repetirlo varias veces. Si se hace todo correctamente, al satélite todavía le quedará aproximadamente un 20% de su combustible para corregir las perturbaciones orbitales. En realidad, la influencia de la Luna y otros factores conducen a que la órbita de los satélites se deforme y sea necesario desperdiciar combustible para mantener los parámetros requeridos.
Si todo funcionó para usted, la imagen se verá así:

Sobre el simulador espacial Orbiter y al menos doscientas personas que se interesaron y descargaron complementos para él, me llevaron a la idea de continuar con la serie de publicaciones educativas y de juegos. Además, quiero facilitar la transición desde la primera publicación, en la que todo se hace automáticamente, sin necesidad de tus acciones, a experimentos independientes, para que no termines con una broma sobre dibujar un búho. Esta publicación tiene los siguientes objetivos:

• Cuéntanos sobre la familia Breeze de etapas superiores.
• Dar una idea de los principales parámetros del movimiento orbital: apocentro, periapsis, inclinación orbital.
• Proporcionar una comprensión de los conceptos básicos de la mecánica orbital y los lanzamientos a la órbita geoestacionaria (GEO).
• Proporcionar una guía sencilla para dominar la salida manual a OSG en el simulador.

Introducción

• Basado en el misil balístico intercontinental UR-100, se desarrolló un vehículo de lanzamiento reconvertido "Rokot", para el cual sería útil una etapa superior (UR).
• En el Proton, para el lanzamiento a la órbita geoestacionaria, se utilizó el DM RB, que utilizaba el par "oxígeno-queroseno" "no nativo" del Proton, tenía un tiempo de vuelo autónomo de solo 7 horas y su capacidad de carga útil podía ser incrementado.

Diseño

Dibujo más detallado

• El motor está ubicado dentro del “vidrio” del tanque.
• Dentro de los tanques también hay cilindros de helio para presurización.
• Los tanques de combustible y oxidante tienen una pared común (gracias al uso del par UDMH/AT esto no representa una dificultad técnica), no hay aumento en la longitud del bloque debido al compartimiento entre tanques
• Los tanques soportan carga: no hay armaduras eléctricas que requieran peso adicional y aumenten la longitud.
• Los tanques desechables son en realidad la mitad del escenario, lo que, por un lado, requiere peso adicional en las paredes y, por otro, permite aumentar el margen de velocidad característico al desechar los tanques vacíos.

Un poco de confiabilidad

• 4 vuelos de "Breeze-M" en "Proton-K"
• 72 vuelos de Briz-M en Proton-M
• 16 vuelos de Briz-KM en Rokot

1. 28 de febrero de 2006, ArabSat 4A: parada prematura del motor debido a la entrada de partículas extrañas en la boquilla de la turbina hidráulica (,), un único defecto de fabricación.
2. 15 de marzo de 2008, AMC-14: parada prematura del motor, destrucción de un gasoducto de alta temperatura (), requirió modificación.
3. 18 de agosto de 2011, Express-AM4. El intervalo de tiempo para girar la plataforma giroestabilizada está excesivamente "reducido", orientación incorrecta (), error del programador.
4. 6 de agosto de 2012, Telkom 3, Express MD2. Parada del motor por obstrucción de la línea de impulso (), defecto de fabricación.
5. 9 de diciembre de 2012, Yamal-402. Apagado del motor por falla de la bomba de bombeo, una combinación de factores de temperatura desfavorables ()
6. 8 de octubre de 2005, “Briz-KM”, Cryosat, no separación de la segunda etapa y la etapa superior, funcionamiento anormal del software (), error del programador.
7. 1 de febrero de 2011, “Briz-KM”, Geo-IK2, impulso anormal del motor, presuntamente por falla del sistema de control por falta de telemetría, no se puede determinar la causa exacta;

Volemos

una pequeña teoría

• La altura del apocentro es la altura del punto más alto de la órbita, denotado como Ha.
• La altura del periapsis es la altura del punto más bajo de la órbita, denominado Hn.
• La inclinación orbital es el ángulo entre el plano orbital y el plano que pasa por el ecuador de la Tierra (en nuestro caso, las órbitas alrededor de la Tierra), denotado como i.

Plan de vuelo

Etapa 1. Entrando en la órbita de referencia.

1. Detener la rotación del bloque presionando un botón número 5. TENNESSE. Modo KillRot (detener la rotación). Después de fijar la posición, el modo se apaga automáticamente.
2. Cambie la vista atrás a la vista adelante con el botón C.
3. Cambie el indicador del parabrisas al modo orbital (Órbita a la Tierra en la parte superior) presionando el botón h.
4. Llaves número 2(aparecer) Numero 8(rechazar) número 1(Gire a la izquierda), Numero 3(Gire a la derecha), Número 4(girar hacia la izquierda), Número 6(girar hacia la derecha) y número 5(detener la rotación) gire el bloque en la dirección del movimiento con un ángulo de inclinación de aproximadamente 22 grados y fije la posición.
5. Inicie el procedimiento de arranque del motor (primero Número + Entonces, sin soltarme, Control).

1. Cree una rotación que fije el ángulo de paso (un par de presiones de Num 8 y el ángulo no cambiará notablemente).
2. Mientras el motor está en marcha, mantenga el ángulo de inclinación entre 25 y 30 grados.
3. Cuando los valores de periapsis y apocentro estén en la región de 160-170 km, apague el motor con el botón Núm. *.

Etapa 2. Entrada a órbita intermedia

1. Cambie la pantalla multifunción izquierda al modo mapa ( Desplazamiento a la izquierda F1, Desplazamiento a la izquierda M).
2. R, reduce la velocidad 10 veces t) esperar hasta sobrevolar Sudamérica.
3. Oriente el bloque a una posición a lo largo del vector de velocidad orbital (con su punta en la dirección del movimiento). Puedes presionar el botón [ , para que esto se haga automáticamente, pero aquí no es muy efectivo, es mejor hacerlo manualmente.

La música, en mi opinión, es muy adecuada para la aceleración en órbita.

Etapa 3. Entrada a la órbita de transferencia.

1. Acelerando el tiempo (acelerar 10 veces R, reduce la velocidad 10 veces t, puedes acelerar con seguridad hasta 100x, no recomiendo 1000x) espera hasta que sobrevuele Sudamérica.
2. Oriente el bloque a una posición a lo largo del vector de velocidad orbital (con su punta en la dirección del movimiento).
3. Gire el bloque hacia abajo para mantener la orientación a lo largo del vector de velocidad orbital.
4. En la región de 27 grados de latitud, es necesario encender el motor y, manteniendo la estabilización a lo largo del vector de velocidad orbital, volar hasta llegar al apocentro de 35.700 km. Puede habilitar una aceleración 10x.
5. Cuando el tanque de combustible externo se quede sin combustible, reinícielo presionando D. Arranque el motor nuevamente.

Etapa 4. Cambiar la inclinación orbital.

1. Acelerando el tiempo a 1000x, espere a que se acerque al ecuador.
2. Oriente el bloque perpendicular al vuelo, hacia arriba, visto desde el exterior de la órbita. Para ello es adecuado el modo automático Nml+, que se activa pulsando un botón. ; (también conocido como y)
3. Enciende el motor.
4. Si queda combustible después de la maniobra de puesta a cero de la inclinación, puedes gastarlo en elevar el periapsis.
5. Después de quedarse sin combustible, use el botón j separar el satélite, exponer sus paneles solares y antenas Alt-A, Alt-S

Etapa 5. Lanzamiento independiente del satélite a GEO.

Bueno, una pequeña ilustración del hecho de que un satélite GEO se encuentra sobre un lugar de la Tierra:

Diagrama de lanzamiento de Turksat 4A, a modo de comparación.

UPD: después de consultar con , reemplacé el feo papel de calco casero del Prograde/Retrograde de Orbiter con el término de la vida real "a favor/contra el vector de velocidad orbital"
UPD2: Me contactó un especialista en adaptación de cargas útiles para Briza-M del Centro Estatal de Investigación y Producción Espacial que lleva su nombre. Khrunichev añadió un par de comentarios al artículo:

1. En realidad, no se lanzan 28 toneladas a la trayectoria suborbital (inicio de la etapa 1), sino algo menos de 26, porque la etapa superior no se reposta por completo.
2. Las pérdidas por gravedad son sólo del 1-2%

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