Etage supérieur russe "breeze-m". Intéressant et pédagogique : l'étage supérieur Breeze-M

L'étage supérieur Briz-M est conçu pour augmenter les capacités des lanceurs lourds tels que l'Angara A5, le Proton-K,
"Proton-M" à la fois en termes de masse de la charge utile lancée sur une large gamme d'orbites et en termes de volume fourni pour la zone de charge utile.

Le bloc accélérateur Briz-M a une disposition compacte. Il se compose d'un bloc central et d'un bloc supplémentaire toroïdal largable de réservoirs de carburant qui l'entourent.

Figure 1 - Schéma de lancement d'un vaisseau spatial à l'aide du Briz-M RB

Le moteur-fusée à liquide de maintien 14D30 est installé dans une niche à l'intérieur du réservoir de carburant du bloc central et a la capacité d'être allumé plusieurs fois. Les moteurs-fusées liquides à faible poussée, fonctionnant avec les mêmes composants de carburant que le moteur principal, assurent l'orientation et la stabilisation de la fusée pendant les phases passives de vol autonome, ainsi que la sédimentation du carburant dans les réservoirs lors des démarrages répétés du moteur principal.

Installée dans le compartiment d'instruments situé au sommet du bloc central, la centrale inertielle contrôle le vol de l'étage supérieur et de ses systèmes embarqués. L'étage supérieur Briz-M est également équipé d'un système d'alimentation électrique et d'équipements de collecte d'informations télémétriques et de mesures de trajectoire externes.

Le vaisseau spatial est lancé à l'aide de l'étage supérieur Briz-M. Pour optimiser les coûts énergétiques, un schéma de vol du RB vers l'orbite cible avec cinq activations du moteur principal (MD) est proposé.

bloc de course.

La première mise sous tension du MS RB est effectuée 93 secondes après la séparation du LV, à la suite de quoi l'unité orbitale (OB) entre sur l'orbite de référence.

La deuxième mise sous tension du MD s'effectue dans la zone du nœud de l'orbite de référence et assure la formation d'une orbite intermédiaire, au périgée de laquelle s'effectue la troisième et la quatrième mise sous tension du MD à travers l'orbite, à la suite de quoi le bloc orbital est lancé sur l'orbite de transfert. Pendant la pause entre la troisième et la quatrième activation du MD, les réservoirs de carburant supplémentaires (ATT) de l'étage supérieur sont vidés. La quatrième mise sous tension du MD est effectuée 125 s après la fin de la troisième mise sous tension du MD. Le vol en orbites de transfert et intermédiaires s'effectue avec rotation de l'OB autour de l'axe longitudinal.

Figure 2 – RB « Briz-M » lors des tests au MIK

Principales caractéristiques du RB "Briz-M":

Dimensions hors tout, m :

Longueur, m 2 654

Diamètre, m 4

Poids sec, m 2 665

Composants du carburant :

Agent oxydant : Tétroxyde d'azote

Carburant : UDMH

Poids du carburant rempli, kg

Agent oxydant : 13 26

Carburant : 6660

Moteur principal : 14D30

Poussée, kN 20

Impulsion de poussée spécifique, N*s/kg 3255

La cinquième mise sous tension du MD RB sécurise l'OB sur l'orbite cible et s'effectue dans la zone de l'apogée de l'orbite de transfert.

Avant de séparer le vaisseau spatial, l'unité orbitale est tournée dans la position de séparation du vaisseau spatial, qui est déterminée par les exigences du Client. Le vaisseau spatial est séparé 700 s après la mise hors tension du MD sur l'orbite cible.

Les connexions mécaniques entre le vaisseau spatial et le RB sont rompues lors du processus de séparation à la jonction du vaisseau spatial avec le système de transition. Une fois la bande de tension rompue, le vaisseau spatial est éloigné du RB à l'aide de poussoirs à ressort à une vitesse relative de 0,75 m/s.

Après séparation du vaisseau spatial et une séance de mesure des paramètres orbitaux, l'étage supérieur est retiré de la zone de travail du vaisseau spatial et transféré dans un état sûr (la pression est relâchée de tous les réservoirs).

La durée totale d'insertion depuis le lancement du lanceur jusqu'à la séparation de l'engin spatial est de 33 020 secondes (~ 9 heures 10 minutes).

De tous les paramètres orbitaux, nous nous intéresserons ici à trois paramètres : la hauteur du périastre (pour la Terre - périgée), la hauteur de l'apocentre (pour la Terre - apogée) et l'inclinaison :

• La hauteur de l'apocentre est la hauteur du point le plus élevé de l'orbite, notée Ha.
• La hauteur du périastre est la hauteur du point le plus bas de l’orbite, notée Hn.
• L'inclinaison orbitale est l'angle entre le plan orbital et le plan passant par l'équateur terrestre (dans notre cas, les orbites autour de la Terre), noté je.

Une orbite géostationnaire est une orbite circulaire avec une altitude périastre et apoaptique de 35 786 km au-dessus du niveau de la mer et une inclinaison de 0 degré. En conséquence, notre tâche est divisée en étapes suivantes : entrer en orbite terrestre basse, élever l'apocentre à 35 700 km, modifier l'inclinaison à 0 degré, élever le périastre à 35 700 km. Il est plus rentable de modifier l'inclinaison de l'orbite à l'apocentre, car la vitesse du satellite y est plus faible, et plus la vitesse est faible, moins il faut appliquer de delta-V pour la modifier. L'une des astuces de la mécanique orbitale est qu'il est parfois plus rentable d'élever l'apocentre beaucoup plus haut que souhaité, d'y modifier l'inclinaison, puis d'abaisser l'apocentre jusqu'à celui souhaité. Les coûts d'élévation et d'abaissement de l'apocentre au-dessus du changement d'inclinaison souhaité peuvent être inférieurs au changement d'inclinaison à la hauteur de l'apocentre souhaité.

Plan de vol

Dans le scénario Briz-M, il faut lancer Sirius-4, un satellite de communications suédois lancé en 2007. Au cours des dernières années, il a déjà été rebaptisé « Astra-4A ». Le plan de suppression était le suivant :


Il est clair que lorsque nous entrons en orbite manuellement, nous perdons la précision des machines qui effectuent les calculs balistiques, donc nos paramètres de vol comporteront des erreurs assez importantes, mais ce n'est pas effrayant.

Étape 1. Entrée sur l'orbite de référence

L'étape 1 prend du temps depuis le lancement du programme jusqu'à l'entrée sur une orbite circulaire avec une altitude d'environ 170 km et une inclinaison de 51 degrés (un héritage douloureux de la latitude de Baïkonour, une fois lancée depuis l'équateur elle serait immédiatement de 0 degré ).
Scénario Proton LV / Proton M / Proton M - Breeze M (Sirius 4)

Du chargement du simulateur jusqu'à la séparation de l'étage supérieur du troisième étage, vous pourrez admirer les vues - tout se fait automatiquement. Sauf si vous devez basculer la mise au point de la caméra sur la fusée depuis le sol (appuyez sur F2 aux valeurs en haut à gauche direction absolue ou cadre global).
Pendant le processus de sélection, je recommande de passer à la vue « intérieur ». F1, préparez-vous à ce qui nous attend :


À propos, dans Orbiter, vous pouvez faire une pause Ctrl-P, cela peut vous être utile.
Quelques explications sur les valeurs des indicateurs qui nous tiennent à cœur :


Une fois la troisième étape séparée, nous nous retrouvons sur une orbite ouverte avec la menace de tomber dans l'océan Pacifique si nous agissons lentement ou incorrectement. Afin d’éviter un sort aussi triste, nous devrions entrer sur l’orbite de référence, pour laquelle nous devrions :

1. Arrêtez la rotation du bloc en appuyant sur un bouton Numéro 5. T.N. Mode KillRot (arrêt de la rotation). Après avoir fixé la position, le mode s'éteint automatiquement.
2. Basculez la vue arrière vers la vue avant avec le bouton C.
3. Basculez l'indicateur de pare-brise en mode orbital (Orbit Earth en haut) en appuyant sur le bouton H.
4. Clés Numéro 2(venez) Numéro 8(refuser) Numéro 1(Tourner à gauche), Numéro 3(Tournez à droite), Numéro 4(rouler vers la gauche), Numéro 6(rouler vers la droite) et Numéro 5(arrêt de la rotation) faites pivoter le bloc dans le sens du mouvement avec un angle d'inclinaison d'environ 22 degrés et fixez la position.
5. Lancer la procédure de démarrage du moteur (premier Numéro +, puis, sans lâcher prise, Ctrl).

Si vous faites tout correctement, l'image ressemblera à ceci :


Après avoir démarré le moteur :

1. Créez une rotation qui fixera l'angle de tangage (quelques pressions sur Num 8 et l'angle ne changera pas sensiblement).
2. Pendant que le moteur tourne, maintenez l'angle d'inclinaison entre 25 et 30 degrés.
3. Lorsque les valeurs du périastre et de l'apocentre sont de l'ordre de 160-170 km, éteignez le moteur avec le bouton Numéro *.

Si tout s'est bien passé, ce sera quelque chose comme :


Le plus nerveux est passé, nous sommes en orbite, il n’y a nulle part où tomber.

Étape 2. Entrée en orbite intermédiaire

En raison du faible rapport poussée/poids, l'apocentre doit être porté à 35 700 km en deux étapes. Le premier étage entre sur une orbite intermédiaire avec un apocentre d’environ 5 000 km. La spécificité du problème est qu'il faut accélérer pour que l'apocentre ne s'éloigne pas de l'équateur, c'est-à-dire vous devez accélérer symétriquement par rapport à l'équateur. La projection du schéma de sortie sur une carte de la Terre nous y aidera :


Photo du Turksat 4A récemment lancé, mais cela n’a pas d’importance.
Préparation à l'entrée sur une orbite intermédiaire :

1. Basculez l'écran multifonction gauche en mode carte ( Maj gauche F1, Maj gauche M).
2. R., ralentis 10 fois T) attendez de survoler l'Amérique du Sud.
3. Orientez le bloc dans une position prograde (nez dans le sens du mouvement). Vous pouvez appuyer sur le bouton [ , pour que cela se fasse automatiquement, mais ici ce n'est pas très efficace, il vaut mieux le faire manuellement.
4. Donnez au bloc une rotation vers le bas pour maintenir une position prograde

Cela devrait ressembler à quelque chose comme :


Dans la région de 27 degrés de latitude, vous devez allumer le moteur et, en maintenant une position prograde, voler jusqu'à atteindre l'apocentre de 5 000 km. Vous pouvez activer l’accélération 10x. Après avoir atteint l'apocentre de 5 000 km, coupez le moteur.

La musique, à mon avis, est très adaptée à l'accélération en orbite

Si tout s'est bien passé, nous obtiendrons quelque chose comme :

Étape 3. Entrée en orbite de transfert

Très similaire à l'étape 2 :

1. En accélérant le temps (accélérer 10 fois R., ralentis 10 fois T, vous pouvez accélérer en toute sécurité jusqu'à 100x, je ne recommande pas 1000x) attendez de survoler l'Amérique du Sud.
2. Orientez le bloc dans une position prograde (nez dans le sens du mouvement).
3. Donnez au bloc une rotation vers le bas pour maintenir une position prograde.
4. Dans la région de 27 degrés de latitude, vous devez allumer le moteur et, en maintenant une position prograde, voler jusqu'à atteindre l'apocentre de 35 700 km. Vous pouvez activer l’accélération 10x.
5. Lorsque le réservoir de carburant externe est à court de carburant, réinitialisez-le en appuyant sur D. Redémarrez le moteur.

Réinitialisation du réservoir de carburant, fonctionnement visible des moteurs de dépôt


Résultat. Attention, j'étais pressé d'éteindre le moteur, l'apocentre est de 34,7 mille km. Ce n'est pas effrayant, pour la pureté de l'expérience nous allons le laisser ainsi.


Belle vue

Étape 4. Modification de l'inclinaison orbitale

Si vous avez tout fait avec des erreurs mineures, l'apocentre sera proche de l'équateur. Procédure:

1. En accélérant le temps jusqu'à 1000x, attendez l'approche de l'équateur.
2. Orientez le bloc perpendiculairement au vol, vers le haut, vu de l'extérieur de l'orbite. Le mode automatique Nml+ convient pour cela, qui est activé en appuyant sur un bouton ; (alias et)
3. Allumez le moteur.
4. S'il reste du carburant après la manœuvre de remise à zéro de l'inclinaison, vous pouvez le dépenser pour relever le périastre.
5. Après une panne de carburant, utilisez le bouton J. séparer le satellite, exposer ses panneaux solaires et ses antennes Alt-A, Alt+S

Position de départ avant manœuvre


Après la manœuvre

Étape 5. Lancement indépendant du satellite vers GEO

Le satellite dispose d'un moteur qui peut être utilisé pour soulever le périastre. Pour ce faire, dans la zone du périastre, on oriente progressivement le satellite et on allume le moteur. Le moteur est faible, il faut le répéter plusieurs fois. Si vous faites tout correctement, il restera au satellite environ 20 % de son carburant pour corriger les perturbations orbitales. En réalité, l'influence de la Lune et d'autres facteurs conduisent à une distorsion de l'orbite des satellites et à un gaspillage de carburant pour maintenir les paramètres requis.
Si tout s'est bien passé pour vous, l'image ressemblera à ceci :

Eh bien, une petite illustration du fait que le satellite GEO est situé au-dessus d'un endroit sur la Terre :

Schéma de lancement de Turksat 4A, à titre de comparaison

La famille d'étages supérieurs Briz - Briz-M, Briz-KM - est un exemple de dispositif développé après l'effondrement de l'URSS. Plusieurs raisons expliquent cette évolution :

• Sur la base de l'ICBM UR-100, un lanceur de conversion "Rokot" a été développé, pour lequel un étage supérieur (UR) serait utile.
• Sur le Proton, pour le lancement sur l'orbite géostationnaire, on a utilisé le DM RB, qui utilisait le couple « oxygène-kérosène » « non natif » du Proton, avait un temps de vol autonome de seulement 7 heures, et sa capacité de charge utile pouvait être augmentée.

Le développeur des étages supérieurs de la famille Breeze est l'Entreprise unitaire d'État fédérale « Centre national de recherche et de production spatiale nommé d'après M.V. Khrunichev ». En 1990-1994, des lancements d'essais ont eu lieu et, en mai-juin 2000, des vols des deux modifications du Briz ont eu lieu - Briz-KM pour Rokot et Briz-M pour Proton. La principale différence entre eux est la présence de réservoirs de carburant largables supplémentaires sur le Brize-M, qui offrent une plus grande réserve de vitesse caractéristique (delta-V) et permettent le lancement de satellites plus lourds.

Les blocs de la famille « Breeze » se distinguent par un agencement très dense :

Caractéristiques des solutions techniques :

• Le moteur est situé à l’intérieur du « verre » dans le réservoir
• À l'intérieur des réservoirs se trouvent également des bouteilles d'hélium pour la pressurisation.
• Les réservoirs de carburant et de comburant ont une paroi commune (grâce à l'utilisation du couple UDMH/AT, cela ne représente pas une difficulté technique), il n'y a pas d'augmentation de longueur du bloc due au compartiment inter-réservoirs
• Les réservoirs sont porteurs - il n'y a pas de fermes de puissance qui nécessiteraient un poids supplémentaire et augmenteraient la longueur
• Les réservoirs largables représentent en réalité la moitié de l'étage, ce qui, d'une part, nécessite un poids supplémentaire sur les parois, et d'autre part, permet d'augmenter la marge de vitesse caractéristique en larguant les réservoirs vides.

La disposition dense permet d'économiser des dimensions géométriques et du poids, mais elle présente également des inconvénients. Le moteur, qui dégage de la chaleur lorsqu'il tourne, est situé très près des réservoirs et des canalisations.

La combinaison d'une température de carburant plus élevée (de 1 à 2 degrés, dans les limites des spécifications) avec une intensité thermique plus élevée du moteur pendant le fonctionnement (également dans les limites des spécifications) a conduit à une ébullition du comburant, à une perturbation du refroidissement de la turbine du turbocompresseur par le comburant liquide et la perturbation de son fonctionnement, qui ont provoqué un accident RB lors du lancement du satellite Yamal-402 en décembre 2012.

Les moteurs RB utilisent une combinaison de trois types de moteurs : le principal S5.98 (14D30) avec une poussée de 2 tonnes, quatre moteurs de correction (en fait ce sont des moteurs de dépôt, des moteurs de creux), qui sont allumés avant de démarrer le moteur principal. pour déposer le carburant au fond des réservoirs, et douze moteurs d'orientation d'une poussée de 1,3 kg. Le moteur principal a des paramètres très élevés (pression dans la chambre de combustion ~100 atm, impulsion spécifique 328,6 s) malgré sa conception ouverte. Ses « pères » se trouvaient aux stations martiennes « Phobos » et ses « grands-pères » aux stations d'atterrissage lunaires telles que « Luna-16 ». Le moteur de propulsion peut être allumé de manière fiable jusqu'à huit fois et la durée de vie active de l'unité n'est pas inférieure à une journée.

La masse d'une unité entièrement chargée peut atteindre 22,5 tonnes, la charge utile atteint 6 tonnes. Mais la masse totale du bloc après séparation du troisième étage du lanceur est légèrement inférieure à 26 tonnes. Lorsqu'il est inséré sur une orbite de géotransfert, le RB est sous-ravitaillé et un réservoir entièrement rempli pour une insertion directe en orbite géostationnaire a livré un maximum de 3,7 tonnes de charge utile. Le rapport poussée/poids de l'unité est égal à ~0,76. C'est un inconvénient du Breeze RB, mais petit. Le fait est qu'après séparation, les RB+PN sont sur une orbite ouverte, ce qui nécessite une impulsion pour une insertion supplémentaire, et la petite poussée du moteur entraîne des pertes gravitationnelles. Les pertes gravitationnelles sont d’environ 1 à 2 %, ce qui est assez faible. De plus, de longues périodes de fonctionnement du moteur augmentent les exigences de fiabilité. En revanche, le moteur principal a une durée de vie garantie allant jusqu'à 3 200 secondes (près d'une heure !).

Caractéristiques de performance de l'étage supérieur Briz-KM

• Composition - Monobloc avec un compartiment réservoir conique et un moteur de propulsion situé dans la niche du réservoir « G ».
• Application : dans le cadre du lanceur Rokot comme troisième étage
• Caractéristiques principales - Possibilité de manœuvres en vol.
• Masse initiale, t - 6,475
• Réserve de carburant (AT+UDMH), t - jusqu'à 5.055
• Type, nombre et poussée à vide des moteurs :
  • Moteur de fusée liquide 14D30 (1 pièce), 2,0 tf (entretien),
  • Moteur de fusée liquide 11D458 (4 pièces) 40 kgf chacun (moteurs de correction),
  • 17D58E (12 pièces) 1,36 kgf chacun (moteurs d'attitude et de stabilisation)

• Temps de vol autonome maximum, heure. - 7
• Année du premier vol - mai 2000

Caractéristiques tactiques et techniques de l'étage supérieur Briz-M

• Composition - Étage supérieur, composé d'un bloc central basé sur le Briz-KM RB et d'un réservoir de carburant supplémentaire jetable de forme toroïdale qui l'entoure.
• Application - dans le cadre du lanceur Proton-M, des lanceurs Angara-A3 et Angara-A5
• Principales caractéristiques
  • dimensions extrêmement petites;
  • la capacité de lancer des engins spatiaux lourds et de grande taille ;
  • possibilité d'exploitation à long terme en vol

• Poids initial, t - jusqu'à 22,5
• Réserve de carburant (AT+UDMH), t - jusqu'à 20
• Nombre d'activations du moteur principal - jusqu'à 8
• Temps de vol autonome maximum, heure. - au moins 24 (selon TTZ)

La bonne réaction au simulateur spatial Orbiter et au moins deux cents personnes qui se sont intéressées et ont téléchargé des modules complémentaires m'ont amené à l'idée de poursuivre une série d'articles éducatifs et ludiques. Je souhaite également faciliter la transition entre le premier article, dans lequel tout se fait automatiquement, sans nécessiter votre action, et des expériences indépendantes, afin que vous ne vous retrouviez pas avec une blague sur le dessin d'un hibou. Cet article poursuit les objectifs suivants :

• Parlez-nous de la famille d'étages supérieurs Breeze
• Donner une idée des principaux paramètres du mouvement orbital : apocentre, périastre, inclinaison orbitale
• Apporter une compréhension des bases de la mécanique orbitale et des lancements en orbite géostationnaire (GEO)
• Fournir un guide simple pour maîtriser la sortie manuelle vers l'orbite géostationnaire dans le simulateur

Introduction

On y pense peu, mais la famille d'étages supérieurs Breeze - Breeze-M, Breeze-KM - est un exemple de dispositif développé après l'effondrement de l'URSS. Plusieurs raisons expliquent cette évolution :

• Sur la base de l'ICBM UR-100, un lanceur de conversion "Rokot" a été développé, pour lequel un étage supérieur (UR) serait utile.
• Sur le Proton, pour le lancement sur l'orbite géostationnaire, on a utilisé le DM RB, qui utilisait le couple « oxygène-kérosène » « non natif » du Proton, avait un temps de vol autonome de seulement 7 heures, et sa capacité de charge utile pouvait être augmentée.

En 1990-1994, des lancements d'essais ont eu lieu et, en mai-juin 2000, des vols des deux modifications du Briz ont eu lieu - Briz-KM pour Rokot et Briz-M pour Proton. La principale différence entre eux est la présence de réservoirs de carburant largables supplémentaires sur le Brize-M, qui offrent une plus grande marge de vitesse caractéristique (delta-V) et permettent le lancement de satellites plus lourds. Voici une photo qui illustre très bien la différence :

Conception

Les blocs de la famille « Breeze » se distinguent par un agencement très dense :

Dessin plus détaillé

Faites attention aux solutions techniques :

• Le moteur est situé à l’intérieur du « verre » dans le réservoir
• À l'intérieur des réservoirs se trouvent également des bouteilles d'hélium pour la pressurisation.
• Les réservoirs de carburant et de comburant ont une paroi commune (grâce à l'utilisation du couple UDMH/AT, cela ne représente pas une difficulté technique), il n'y a pas d'augmentation de longueur du bloc due au compartiment inter-réservoirs
• Les réservoirs sont porteurs - il n'y a pas de fermes de puissance qui nécessiteraient un poids supplémentaire et augmenteraient la longueur
• Les réservoirs largables représentent en réalité la moitié de l'étage, ce qui, d'une part, nécessite un poids supplémentaire sur les parois, et d'autre part, permet d'augmenter la marge de vitesse caractéristique en larguant les réservoirs vides.

La disposition dense permet d'économiser des dimensions géométriques et du poids, mais elle présente également des inconvénients. Par exemple, un moteur qui émet de la chaleur lorsqu’il tourne est situé très près des réservoirs et des canalisations. Et la combinaison d'une température du carburant plus élevée (de 1 à 2 degrés, dans les limites des spécifications) avec une intensité thermique plus élevée du moteur pendant le fonctionnement (également dans les limites des spécifications) a conduit à l'ébullition du comburant, à une perturbation du refroidissement du turbine du turbocompresseur par le comburant liquide et la perturbation de son fonctionnement, qui a provoqué l'accident du RB lors du lancement du satellite Yamal-402 en décembre 2012.
Les moteurs RB utilisent une combinaison de trois types de moteurs : le principal S5.98 (14D30) avec une poussée de 2 tonnes, quatre moteurs de correction (en fait ce sont des moteurs de dépôt, des moteurs de creux), qui sont allumés avant de démarrer le moteur principal. pour déposer le carburant au fond des réservoirs, et douze moteurs d'orientation d'une poussée de 1,3 kg. Le moteur principal a des paramètres très élevés (pression dans la chambre de combustion ~100 atm, impulsion spécifique 328,6 s) malgré sa conception ouverte. Ses « pères » se trouvaient aux stations martiennes « Phobos » et ses « grands-pères » aux stations d'atterrissage lunaires telles que « Luna-16 ». Le moteur de propulsion peut être allumé de manière fiable jusqu'à huit fois et la durée de vie active de l'unité n'est pas inférieure à une journée.
La masse d'un bloc entièrement alimenté peut atteindre 22,5 tonnes ; avec une charge utile d'environ 6 tonnes, la masse du bloc après séparation du troisième étage du lanceur sera d'environ 28 à 29 tonnes. Ceux. Le rapport poussée/poids du bloc est égal à ~0,07. C’est un inconvénient du Breeze RB, mais pas très important. Le fait est qu'après séparation, les RB+ PN sont sur une orbite ouverte, ce qui nécessite une impulsion pour une insertion supplémentaire, et la faible poussée du moteur entraîne des pertes gravitationnelles. De plus, de longues périodes de fonctionnement du moteur augmentent les exigences de fiabilité. En revanche, le moteur principal a une durée de vie garantie allant jusqu'à 3 200 secondes (près d'une heure !).

Un peu sur la fiabilité

La famille Breeze RB est très activement utilisée :

• 4 vols de "Breeze-M" sur "Proton-K"
• 72ème vol de "Breeze-M" sur "Proton-M"
• 16 vols de Briz-KM sur Rokot

Au total, 92 vols au 16 février 2014. Parmi ceux-ci, 5 accidents se sont produits (j'ai attribué un succès partiel avec Yamal-402 comme accident) dus à la faute de l'unité Briz-M et 2 dus à la faute du Briz-KM, ce qui nous donne une fiabilité de 92. %. Examinons plus en détail les causes des accidents :

1. 28 février 2006, ArabSat 4A - arrêt prématuré du moteur dû à une particule étrangère pénétrant dans la tuyère de la turbine hydraulique (,), un seul défaut de fabrication.
2. 15 mars 2008, AMC-14 - arrêt prématuré du moteur, destruction d'un gazoduc à haute température (), il a nécessité une modification.
3. 18 août 2011, Express-AM4. L'intervalle de temps pour faire tourner la plate-forme gyrostabilisée est déraisonnablement « rétréci », orientation incorrecte (), erreur du programmateur.
4. 6 août 2012, Telkom 3, Express MD2. Arrêt du moteur dû à un colmatage de la conduite de suralimentation (), un défaut de fabrication.
5. 9 décembre 2012, Yamal-402. Arrêt du moteur en raison d'une défaillance de la pompe de la pompe, une combinaison de facteurs de température défavorables ()
6. 8 octobre 2005, « Briz-KM », Cryosat, non séparation du deuxième étage et de l'étage supérieur, fonctionnement anormal du logiciel (), erreur du programmateur.
7. 1er février 2011, « Briz-KM », Geo-IK2, impulsion anormale du moteur, probablement due à une défaillance du système de contrôle due au manque de télémétrie, dont la cause exacte ne peut être déterminée ;

Si nous analysons les causes des accidents, seuls deux d'entre eux sont associés à des problèmes de conception et à des erreurs de conception - l'épuisement du gazoduc et la défaillance du refroidissement de la pompe à chaleur. Tous les autres accidents, dont la cause est connue avec certitude, sont liés à des problèmes de qualité de production et de préparation au lancement. Ce n'est pas surprenant : l'industrie spatiale exige un travail de très haute qualité, et une erreur, même de la part d'un employé ordinaire, peut conduire à un accident. Le Breeze lui-même n'est pas une conception ratée, cependant, il convient de noter le manque de marge de sécurité dû au fait que pour assurer des performances maximales des matériaux RB, ils fonctionnent près de la limite de leur résistance physique.

Volons

Il est temps de passer à la pratique - passez manuellement en orbite géostationnaire dans Orbiter. Pour cela, nous aurons besoin de :
La version Orbiter, si vous ne l’avez pas encore téléchargée après avoir lu le premier article, voici le lien.
Téléchargement du module complémentaire « Proton LV » à partir d'ici

Un peu de théorie

De tous les paramètres orbitaux, nous nous intéresserons ici à trois paramètres : la hauteur du périastre (pour la Terre - périgée), la hauteur de l'apocentre (pour la Terre - apogée) et l'inclinaison :

• La hauteur de l'apocentre est la hauteur du point le plus élevé de l'orbite, notée Ha.
• La hauteur du périastre est la hauteur du point le plus bas de l’orbite, notée Hn.
• L'inclinaison orbitale est l'angle entre le plan orbital et le plan passant par l'équateur terrestre (dans notre cas, les orbites autour de la Terre), noté je.

Une orbite géostationnaire est une orbite circulaire avec une altitude périastre et apoaptique de 35 786 km au-dessus du niveau de la mer et une inclinaison de 0 degré. En conséquence, notre tâche est divisée en étapes suivantes : entrer en orbite terrestre basse, élever l'apocentre à 35 700 km, modifier l'inclinaison à 0 degré, élever le périastre à 35 700 km. Il est plus rentable de modifier l'inclinaison de l'orbite à l'apocentre, car la vitesse du satellite y est plus faible, et plus la vitesse est faible, moins il faut appliquer de delta-V pour la modifier. L'une des astuces de la mécanique orbitale est qu'il est parfois plus rentable d'élever l'apocentre beaucoup plus haut que souhaité, d'y modifier l'inclinaison, puis d'abaisser l'apocentre jusqu'à celui souhaité. Les coûts d'élévation et d'abaissement de l'apocentre au-dessus du changement d'inclinaison souhaité peuvent être inférieurs au changement d'inclinaison à la hauteur de l'apocentre souhaité.

Plan de vol

Dans le scénario Briz-M, il faut lancer Sirius-4, un satellite de communications suédois lancé en 2007. Au cours des dernières années, il a déjà été rebaptisé « Astra-4A ». Le plan de suppression était le suivant :


Il est clair que lorsque nous entrons en orbite manuellement, nous perdons la précision des machines qui effectuent les calculs balistiques, donc nos paramètres de vol comporteront des erreurs assez importantes, mais ce n'est pas effrayant.

Étape 1. Entrée sur l'orbite de référence

L'étape 1 prend du temps depuis le lancement du programme jusqu'à l'entrée sur une orbite circulaire avec une altitude d'environ 170 km et une inclinaison de 51 degrés (un héritage douloureux de la latitude de Baïkonour, une fois lancée depuis l'équateur elle serait immédiatement de 0 degré ).
Scénario Proton LV / Proton M / Proton M - Breeze M (Sirius 4)

Du chargement du simulateur jusqu'à la séparation de l'étage supérieur du troisième étage, vous pourrez admirer les vues - tout se fait automatiquement. Sauf si vous devez basculer la mise au point de la caméra sur la fusée depuis le sol (appuyez sur F2 aux valeurs en haut à gauche direction absolue ou cadre global).
Pendant le processus de sélection, je recommande de passer à la vue « intérieur ». F1, préparez-vous à ce qui nous attend :


À propos, dans Orbiter, vous pouvez faire une pause Ctrl-P, cela peut vous être utile.
Quelques explications sur les valeurs des indicateurs qui nous tiennent à cœur :


Une fois la troisième étape séparée, nous nous retrouvons sur une orbite ouverte avec la menace de tomber dans l'océan Pacifique si nous agissons lentement ou incorrectement. Afin d’éviter un sort aussi triste, nous devrions entrer sur l’orbite de référence, pour laquelle nous devrions :

1. Arrêtez la rotation du bloc en appuyant sur un bouton Numéro 5. T.N. Mode KillRot (arrêt de la rotation). Après avoir fixé la position, le mode s'éteint automatiquement.
2. Basculez la vue arrière vers la vue avant avec le bouton C.
3. Basculez l'indicateur de pare-brise en mode orbital (Orbit Earth en haut) en appuyant sur le bouton H.
4. Clés Numéro 2(venez) Numéro 8(refuser) Numéro 1(Tourner à gauche), Numéro 3(Tournez à droite), Numéro 4(rouler vers la gauche), Numéro 6(rouler vers la droite) et Numéro 5(arrêt de la rotation) faites pivoter le bloc dans le sens du mouvement avec un angle d'inclinaison d'environ 22 degrés et fixez la position.
5. Lancer la procédure de démarrage du moteur (premier Numéro +, puis, sans lâcher prise, Ctrl).

Si vous faites tout correctement, l'image ressemblera à ceci :


Après avoir démarré le moteur :

1. Créez une rotation qui fixera l'angle de tangage (quelques pressions sur Num 8 et l'angle ne changera pas sensiblement).
2. Pendant que le moteur tourne, maintenez l'angle d'inclinaison entre 25 et 30 degrés.
3. Lorsque les valeurs du périastre et de l'apocentre sont de l'ordre de 160-170 km, éteignez le moteur avec le bouton Numéro *.

Si tout s'est bien passé, ce sera quelque chose comme :


Le plus nerveux est passé, nous sommes en orbite, il n’y a nulle part où tomber.

Étape 2. Entrée en orbite intermédiaire

En raison du faible rapport poussée/poids, l'apocentre doit être porté à 35 700 km en deux étapes. Le premier étage entre sur une orbite intermédiaire avec un apocentre d’environ 5 000 km. La spécificité du problème est qu'il faut accélérer pour que l'apocentre ne s'éloigne pas de l'équateur, c'est-à-dire vous devez accélérer symétriquement par rapport à l'équateur. La projection du schéma de sortie sur une carte de la Terre nous y aidera :


Photo du Turksat 4A récemment lancé, mais cela n’a pas d’importance.
Préparation à l'entrée sur une orbite intermédiaire :

1. Basculez l'écran multifonction gauche en mode carte ( Maj gauche F1, Maj gauche M).
2. R., ralentis 10 fois T) attendez de survoler l'Amérique du Sud.
3. Orientez le bloc dans une position prograde (nez dans le sens du mouvement). Vous pouvez appuyer sur le bouton [ , pour que cela se fasse automatiquement, mais ici ce n'est pas très efficace, il vaut mieux le faire manuellement.
4. Donnez au bloc une rotation vers le bas pour maintenir une position prograde

Cela devrait ressembler à quelque chose comme :


Dans la région de 27 degrés de latitude, vous devez allumer le moteur et, en maintenant une position prograde, voler jusqu'à atteindre l'apocentre de 5 000 km. Vous pouvez activer l’accélération 10x. Après avoir atteint l'apocentre de 5 000 km, coupez le moteur.

La musique, à mon avis, est très adaptée à l'accélération en orbite

Si tout s'est bien passé, nous obtiendrons quelque chose comme :

Étape 3. Entrée en orbite de transfert

Très similaire à l'étape 2 :

1. En accélérant le temps (accélérer 10 fois R., ralentis 10 fois T, vous pouvez accélérer en toute sécurité jusqu'à 100x, je ne recommande pas 1000x) attendez de survoler l'Amérique du Sud.
2. Orientez le bloc dans une position prograde (nez dans le sens du mouvement).
3. Donnez au bloc une rotation vers le bas pour maintenir une position prograde.
4. Dans la région de 27 degrés de latitude, vous devez allumer le moteur et, en maintenant une position prograde, voler jusqu'à atteindre l'apocentre de 35 700 km. Vous pouvez activer l’accélération 10x.
5. Lorsque le réservoir de carburant externe est à court de carburant, réinitialisez-le en appuyant sur D. Redémarrez le moteur.

Réinitialisation du réservoir de carburant, fonctionnement visible des moteurs de dépôt


Résultat. Attention, j'étais pressé d'éteindre le moteur, l'apocentre est de 34,7 mille km. Ce n'est pas effrayant, pour la pureté de l'expérience nous allons le laisser ainsi.


Belle vue

Étape 4. Modification de l'inclinaison orbitale

Si vous avez tout fait avec des erreurs mineures, l'apocentre sera proche de l'équateur. Procédure:

1. En accélérant le temps jusqu'à 1000x, attendez l'approche de l'équateur.
2. Orientez le bloc perpendiculairement au vol, vers le haut, vu de l'extérieur de l'orbite. Le mode automatique Nml+ convient pour cela, qui est activé en appuyant sur un bouton ; (alias et)
3. Allumez le moteur.
4. S'il reste du carburant après la manœuvre de remise à zéro de l'inclinaison, vous pouvez le dépenser pour relever le périastre.
5. Après une panne de carburant, utilisez le bouton J. séparer le satellite, exposer ses panneaux solaires et ses antennes Alt-A, Alt+S

Position de départ avant manœuvre


Après la manœuvre

Étape 5. Lancement indépendant du satellite vers GEO

Le satellite dispose d'un moteur qui peut être utilisé pour soulever le périastre. Pour ce faire, dans la zone du périastre, on oriente progressivement le satellite et on allume le moteur. Le moteur est faible, il faut le répéter plusieurs fois. Si vous faites tout correctement, il restera au satellite environ 20 % de son carburant pour corriger les perturbations orbitales. En réalité, l'influence de la Lune et d'autres facteurs conduisent à une distorsion de l'orbite des satellites et à un gaspillage de carburant pour maintenir les paramètres requis.
Si tout s'est bien passé pour vous, l'image ressemblera à ceci :

À propos du simulateur spatial Orbiter et d'au moins deux cents personnes qui se sont intéressées et ont téléchargé des modules complémentaires, m'ont amené à l'idée de poursuivre la série d'articles éducatifs et de jeux. De plus, je souhaite faciliter la transition du premier post, dans lequel tout se fait automatiquement, sans nécessiter votre action, aux expériences indépendantes, afin que vous ne vous retrouviez pas avec une blague sur le dessin d'un hibou. Ce message a les objectifs suivants :

• Parlez-nous de la famille d'étages supérieurs Breeze
• Donner une idée des principaux paramètres du mouvement orbital : apocentre, périastre, inclinaison orbitale
• Apporter une compréhension des bases de la mécanique orbitale et des lancements en orbite géostationnaire (GEO)
• Fournir un guide simple pour maîtriser la sortie manuelle vers l'orbite géostationnaire dans le simulateur

Introduction

• Sur la base de l'ICBM UR-100, un lanceur de conversion "Rokot" a été développé, pour lequel un étage supérieur (UR) serait utile.
• Sur le Proton, pour le lancement sur l'orbite géostationnaire, on a utilisé le DM RB, qui utilisait le couple « oxygène-kérosène » « non natif » du Proton, avait un temps de vol autonome de seulement 7 heures, et sa capacité de charge utile pouvait être augmentée.

Conception

Dessin plus détaillé

• Le moteur est situé à l’intérieur du « verre » dans le réservoir
• À l'intérieur des réservoirs se trouvent également des bouteilles d'hélium pour la pressurisation.
• Les réservoirs de carburant et de comburant ont une paroi commune (grâce à l'utilisation du couple UDMH/AT, cela ne représente pas une difficulté technique), il n'y a pas d'augmentation de longueur du bloc due au compartiment inter-réservoirs
• Les réservoirs sont porteurs - il n'y a pas de fermes de puissance qui nécessiteraient un poids supplémentaire et augmenteraient la longueur
• Les réservoirs largables représentent en réalité la moitié de l'étage, ce qui, d'une part, nécessite un poids supplémentaire sur les parois, et d'autre part, permet d'augmenter la marge de vitesse caractéristique en larguant les réservoirs vides.

Un peu sur la fiabilité

• 4 vols de "Breeze-M" sur "Proton-K"
• 72 vols de Briz-M sur Proton-M
• 16 vols de Briz-KM sur Rokot

1. 28 février 2006, ArabSat 4A - arrêt prématuré du moteur dû à une particule étrangère pénétrant dans la tuyère de la turbine hydraulique (,), un seul défaut de fabrication.
2. 15 mars 2008, AMC-14 - arrêt prématuré du moteur, destruction d'un gazoduc à haute température (), il a nécessité une modification.
3. 18 août 2011, Express-AM4. L'intervalle de temps pour faire tourner la plate-forme gyrostabilisée est déraisonnablement « rétréci », orientation incorrecte (), erreur du programmateur.
4. 6 août 2012, Telkom 3, Express MD2. Arrêt du moteur dû à un colmatage de la conduite de suralimentation (), un défaut de fabrication.
5. 9 décembre 2012, Yamal-402. Arrêt du moteur en raison d'une défaillance de la pompe de la pompe, une combinaison de facteurs de température défavorables ()
6. 8 octobre 2005, « Briz-KM », Cryosat, non séparation du deuxième étage et de l'étage supérieur, fonctionnement anormal du logiciel (), erreur du programmateur.
7. 1er février 2011, « Briz-KM », Geo-IK2, impulsion anormale du moteur, probablement due à une défaillance du système de contrôle due au manque de télémétrie, dont la cause exacte ne peut être déterminée ;

Volons

Un peu de théorie

• La hauteur de l'apocentre est la hauteur du point le plus élevé de l'orbite, notée Ha.
• La hauteur du périastre est la hauteur du point le plus bas de l’orbite, notée Hn.
• L'inclinaison orbitale est l'angle entre le plan orbital et le plan passant par l'équateur terrestre (dans notre cas, les orbites autour de la Terre), noté je.

Plan de vol

Étape 1. Entrée sur l'orbite de référence

1. Arrêtez la rotation du bloc en appuyant sur un bouton Numéro 5. T.N. Mode KillRot (arrêt de la rotation). Après avoir fixé la position, le mode s'éteint automatiquement.
2. Basculez la vue arrière vers la vue avant avec le bouton C.
3. Basculez l'indicateur de pare-brise en mode orbital (Orbit Earth en haut) en appuyant sur le bouton H.
4. Clés Numéro 2(venez) Numéro 8(refuser) Numéro 1(Tourner à gauche), Numéro 3(Tournez à droite), Numéro 4(rouler vers la gauche), Numéro 6(rouler vers la droite) et Numéro 5(arrêt de la rotation) faites pivoter le bloc dans le sens du mouvement avec un angle d'inclinaison d'environ 22 degrés et fixez la position.
5. Lancer la procédure de démarrage du moteur (premier Numéro +, puis, sans lâcher prise, Ctrl).

1. Créez une rotation qui fixera l'angle de tangage (quelques pressions sur Num 8 et l'angle ne changera pas sensiblement).
2. Pendant que le moteur tourne, maintenez l'angle d'inclinaison entre 25 et 30 degrés.
3. Lorsque les valeurs du périastre et de l'apocentre sont de l'ordre de 160-170 km, éteignez le moteur avec le bouton Numéro *.

Étape 2. Entrée en orbite intermédiaire

1. Basculez l'écran multifonction gauche en mode carte ( Maj gauche F1, Maj gauche M).
2. R., ralentis 10 fois T) attendez de survoler l'Amérique du Sud.
3. Orientez le bloc vers une position le long du vecteur vitesse orbitale (avec son nez dans la direction du mouvement). Vous pouvez appuyer sur le bouton [ , pour que cela se fasse automatiquement, mais ici ce n'est pas très efficace, il vaut mieux le faire manuellement.

La musique, à mon avis, est très adaptée à l'accélération en orbite

Étape 3. Entrée en orbite de transfert

1. En accélérant le temps (accélérer 10 fois R., ralentis 10 fois T, vous pouvez accélérer en toute sécurité jusqu'à 100x, je ne recommande pas 1000x) attendez de survoler l'Amérique du Sud.
2. Orientez le bloc vers une position le long du vecteur vitesse orbitale (avec son nez dans la direction du mouvement).
3. Donnez au bloc une rotation vers le bas pour maintenir l’orientation le long du vecteur vitesse orbitale.
4. Dans la région de 27 degrés de latitude, vous devez allumer le moteur et, en maintenant la stabilisation le long du vecteur vitesse orbital, voler jusqu'à atteindre l'apocentre de 35 700 km. Vous pouvez activer l’accélération 10x.
5. Lorsque le réservoir de carburant externe est à court de carburant, réinitialisez-le en appuyant sur D. Redémarrez le moteur.

Étape 4. Modification de l'inclinaison orbitale

1. En accélérant le temps jusqu'à 1000x, attendez l'approche de l'équateur.
2. Orientez le bloc perpendiculairement au vol, vers le haut, vu de l'extérieur de l'orbite. Le mode automatique Nml+ convient pour cela, qui est activé en appuyant sur un bouton ; (alias et)
3. Allumez le moteur.
4. S'il reste du carburant après la manœuvre de remise à zéro de l'inclinaison, vous pouvez le dépenser pour relever le périastre.
5. Après une panne de carburant, utilisez le bouton J. séparer le satellite, exposer ses panneaux solaires et ses antennes Alt-A, Alt+S

Étape 5. Lancement indépendant du satellite vers GEO

Eh bien, une petite illustration du fait que le satellite GEO est situé au-dessus d'un endroit sur la Terre :

Schéma de lancement de Turksat 4A, à titre de comparaison

MISE À JOUR: après avoir consulté , j'ai remplacé le vilain papier calque fait maison du Prograde/Retrograde d'Orbiter par le terme réel « pour/contre le vecteur vitesse orbital »
UPD2: J'ai été contacté par un spécialiste de l'adaptation des charges utiles pour Briza-M du Centre national de recherche et de production spatiale du nom. Khrunichev, a ajouté quelques commentaires à l'article :

1. En réalité, ce ne sont pas 28 tonnes qui sont lancées sur la trajectoire suborbitale (début de l'étape 1), mais un peu moins de 26, car l'étage supérieur n'est pas entièrement ravitaillé.
2. Les pertes gravitationnelles ne sont que de 1 à 2 %

Balises :

• astronautique
• Orbiteur
• brise