11.3. ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ УСКОРИТЕЛЬ ВКС «СПЕЙС ШАТТЛ»

Высокая эффективность, продемонстрированная твердотопливными ускорителями ракеты-носителя «Титан III», послужила основной причиной того, что NASA (после изучения преимуществ и недостатков твердотопливных ускорителей по сравнению с жидкостными) решило использовать 2 ТТУ диаметром 3,71 м, длиной 38,1 м, снаряженных 502 580 кг того же топлива на основе ПБАН и имеющих четырехсекционную конструкцию. Система «Спейс Шаттл» показана на рис. 137. Два РДТТ, запускаемые вместе с маршевыми двигателями космического летательного аппарата многоразового использования «Спейс Шаттл», отделяются после сгорания (номинально через 122 с) на высоте около 50 км. К этому времени «Спейс Шаттл» находится приблизительно в 45 км от стартовой площадки и движется со скоростью После отделения ускорителей открывается группа парашютов — сначала вытяжной, затем стабилизирующий и, наконец, основная связка, уменьшающая вертикальную составляющую скорости ускорителя к моменту его соударения с водой приблизительно до Траектория отработавшего ускорителя показана на рис. 138. После ремонтно-восстановительных работ корпус ускорителя транспортируют обратно в космический центр, заливают новым зарядом ТРТ и подготавливают к повторному запуску.

Рис. 136. Система регулирования вектора тяги ТТУ ракеты-носителя «Титан» емкость системы регулирования вектора тяги; 2 — система коллектор жидкости системы регулирования вектора тяги; 4 — инжекторы; 5— раструб сопла.

Рис. 137. Конфигурация ВКС «Спейс Шаттл» [15].

Металлические части корпуса рассчитаны на 20 запусков; например, для осуществления шестого полета ВКС «Спейс Шаттл» применялись узлы, использованные при первом запуске двумя годами раньше. ТТУ системы «Спейс Шаттл» показан на рис. 139. Он состоит из 4 секций, которые можно транспортировать по железной дороге к стартовому комплексу. Средняя тяга, развиваемая таким ускорителем в

Рис. 138. Траектории ТТУ и орбитального модуля ВКС «Спейс Шаттл» [15].

Рис. 139. (см. скан) Твердотопливный ускоритель ВКС «Спейс Шаттл» [15]. Масса масса средняя тяга время горения 124 с.

вакууме, составляет а время горения — приблизительно 2 мин.

Бесшовные корпусные обечайки ТТУ выполнены кольцевой прокаткой из штампованной листовой стали На стыках обечаек предусмотрены вилка и хвостовик монтажного соединения, с помощью которого они компонуются в сборки, называемые заливочными секциями Четыре такие секции — передняя, две центральные и задняя — показаны на рис. 140. Канал топливного заряда в первой обечайке передней секции имеет форму звезды с 11 лучами, которая вблизи заднего днища последней обечайки трансформируется в коническую форму. Центральные секции снаряжаются одинаковыми

Рис. 140. (см. скан) Заливочные секции твердотопливного ускорителя ВКС «Спейс Шаттл» [151.

одноканальными зарядами с каналами в форме усеченного конуса, причем передние торцы зарядов при отливке бронируются для регулирования поверхности горения. Задняя секция снаряжается одноканальным зарядом с каналом в форме усеченного конуса, который резко расширяется вблизи заднего днища, образуя выемку для передней части утопленного сопла. Торцевая поверхность заряда, обращенная к сопловому блоку, также бронируется. Промежуточный адгезионный слой, предназначенный для скрепления топлива с термоизолированным корпусом РДТТ, выполняется из асбонаполненного углеводородного полимера. В качестве термоизолирующего покрытия корпуса используется слой асбо--наполненного бутадиеннитрильного каучука. Сборка четырех указанных секций в единый ТТУ осуществляется на стартовом комплексе с помощью стыковых монтажных соединений с герметизирующими фторуглеродными уплотнениями.

Сопло ускорителя утоплено на 20,4% (рис. 140). Диаметр критического сечения сопла 1,384 м, выходного сечения — 3,759 м, так что степень расширения равна 7,38. Сопло состоит из термоизолированных алюминиевых и стальных узлов и имеет гибкое соединение (см. разд. 10.3), которое обеспечивает управление вектором тяги. Вся сужающаяся часть сопла, гибкое соединение и часть выходного раструба утоплены в кормовую обечайку корпуса двигателя. Пиротехническое воспламенительное устройство представляет собой ракетную камеру с соплом, выполненную из стали и термоизолированную изнутри и снаружи, содержащую приблизительно 80 кг быстрогорящего ТРТ в виде одноканального заряда с формой -лучевой звезды. Интересно отметить, что для разработки ТТУ потребовалось лишь 4 стендовых доводочных испытания и 3 пуска на соответствие техническим условиям. На рис. 141 показана типичная регистрограмма тяги ТТУ ВКС «Спейс Шаттл».

Изготовителем ТТУ, фирмой «Мортон Тиокол», со времени первого полета сделаны различные модификации в конструкции ускорителей; работы в этом направлении продолжаются. Благодаря использованию облегченного стального корпуса, изменению формы диаграммы тяги и увеличению степени расширения сопла достигнуто увеличение полезной нагрузки на 1361 кг.

В последнее время изучался вопрос об использовании корпуса из композиционного материала (графитопластика), что привело бы к увеличению полезной нагрузки на 2722 кг. В будущем предполагалось использовать в качестве связующего ПБКГГ вместо ПБАН, а в более далекой перспективе — топливо, содержащее 10% и 12% ЦТМТН. Планировалось также применить створчатое сопло (с прорезями).

Рис. 141. Диаграмма тяга — время твердотопливного ускорителя ВКС «Спейс Шаттл» [15]. - измеренная (вакуум, 25 °С); - расчетные пределы (вакуум, 15 °С).

Однако после катастрофы, происшедшей в феврале 1986 г., которая привела к гибели космонавтов и корабля «Челленд-жер» вследствие отказа одного из ТТУ, все эти усовершенствования отодвинуты на второй план и разработана кардинальная программа повышения надежности ускорителей.

Для западноевропейской РН «Ариан 5» разрабатывается ускоритель аналогичной конструкции [43], содержащий на основе ПБКГГ (86% твердых компонентов, включая 18% Такой ТТУ на начальном участке полета должен развивать тягу 5,5 МН, которая в трансзвуковом диапазоне должна снижаться до уровня в 3,5 МН. Максимальное расчетное давление в камере составит 7 МПа. Полная длина ТТУ 19 м, диаметр Ускоритель будет состоять из 4 секций и утопленного сопла. Форма каналов зарядов примерно такая же, как в ускорителях ВКС «Спейс-Шаттл», за исключением того, что в первой секции вместо сечения в форме -лучевой звезды будет использован заряд с круговым цилиндрическим каналом, в котором выполнено 17 пропилов вдоль образующих.