Polyot Journal 2015.07

8/15/2019 Polyot Journal 2015.07

http://slidepdf.com/reader/full/polyot-journal-201507 1/60



72015

All-Russian Scientific-Technical Journal

AVIATION COSMONAUTICSROCKET TECHNOLOGY

Journal of Russian Academy of Cosmonautics named affer K.E. Tsiolkovskyand Academy of Aviation and Aeronautics Sciences

The journal is issued monthly Published since August 1998

Akimov V.N., Arkhangelsky N.I., Eliseev I.O., Koroteev A.S.,

Kuvshinova E.Yu. The Use Of The Tug With Nuclear Electric

Rocket Propulsion System For The Realization Of Advanced

Lunar Program Based On Launchers "Angara" . . . . . . . 3

Leonov A.G., Dovgodush S.I., Petrovskiy V.S. About Sys-

tem Approach To The Organization And Carrying Out Tne In-

ternational Cooperation In Space Activity . . . . . . . . . . 10

Vasyukova D.A., Kolozezny A.E., Yuranev O.A. Qualification

Of Method For Prediction Of Gas Free Convection Cooling Of

The Full-scaledtest Article Of A Launcher Cryogenic Tank . . . 18

Rahmanin V.F. Some Aspects Of Engine Development

RD170 (RD171) For Launch-Vehicles "Energia" And "Zenit" . . 25

Bomstein K.G. The Counter Effort Of The Modern Air De-

fense Systems Against The Enemy UAVs Attack . . . . . . 35

Antsev G.V., Petrov V.A. Integral Assessment (Indicators)

Of The Suitability Of Gravitation Field Of The Earth Models For

Motion Control Problems Solving . . . . . . . . . . . . . . 43

Favorskiy E.K. Engineering Approach To Realization Of

Systems-Optimal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

V.V. ALAVERDOV, Dr. Sci. (Eng.)

G.V. NOVOZHILOV –

Editor-in-Chief (Aviation), Acad., RAS

A.S. KOROTEYEV –

Editor-in-Chief (Rocket Technology

L.A. GILBERG –

Deputy Editor-in-Chief, Acad.,

RACTs&Acad., AAAS

and Cosmonautics), Acad., RAS, Prof.

Board Members of Editorial

A.A. ALEKSANDROV, Dr. Sci. (Eng.)

A.P. ALEKSANDROV, Cand. Sci.

B.S. ALESHIN, Corresp. Member, RAS

B.V. BALMONT, Member, RACTs.

A.N. GERASHCHENKO, Dr.Sci. (Eng.),

V.G. DMITRIYEV, Corresp.

B.I. KATORGIN, Acad., RAS, Prof.

P.I. KLIMUK, Pilot-Cosmonaut A.A. LEONOV, Cand. Sci. (Eng.),

Prof.

S.V. MIKHEYEV, Acad., RAS

N.F. MOISEEV, Cand. Sci. (Eng.)

F.N. MYASNIKOV, Eng.

A.N. PERMINOV, Dr. Sci. (Eng.)

(Eng.), Pilot-Cosmonaut

Members of Edittorial

A.M. MATVEYENKO, Chair of Edit.

O.M. ALIFANOV, Corresp. Member,

I.V. BARMIN, Corresp. Member,RAS, Prof.

Committee

Committee

Prof.

Member, RAS

RAS, Prof.N.A. ANFIMOV, Acad., RAS

Pilot-Cosmonaut

A.G. MILKOVSKIY, Cand. Sci. (Eng.)

A.M. MATVEYENKO, Acad., RAS,

V.E. BARSUK, Dr. Sci. (Eng.)Yu.O. BAKHVALOV, Dr. Sci. (Eng.),Prof.

V.F. BEZYAZYCHNYI, Dr. Sci. (Eng.),

A.F. VOINOV, Dr. Sci. (Ph)

M.B. GUZAIROV, Dr. Sci. (Eng.)V.A. DAVIDOV, Cand. Sci. (Econ.)

G.L. DEGTYAREV, Dr. Sci. (Eng.), Prof.

O.F. DEMCHENKO, Cand. Sci. (Econ.)N.N. DOLZHENKOV, Dr. Sci. (Eng.)

L.M. ZELENY, Acad., RAS, Prof.

A.N. KIRILIN, Dr. Sci. (Eng.)

A.A. KOROTEYEV, Acad., RASS.B. LYOVOCHKIN, Dr. Sci. (Eng.)

L.N. LYSENKO, Dr. Sci. (Eng.), Prof.

A.P. MANIN, Dr. Sci. (Eng.)V.A. MENSHIKOV, Dr. Sci. (Eng.)

Prof.

Yu.S. ELISEYEV, Dr. Sci. (Eng.)

S.Yu. ZHELTOV, Corresp. Member, RAS

M.A. POGOSYAN, Acad., RAS

G.G. RAYKUNOV, Dr. Sci. (Eng.)

V.V. TERESHKOVA,

I.B. FEDOROV, Acad., RAS

E.A. FEDOSOV, Acad., RAS, Prof.

V.V. KHARTOV, Dr. Sci. (Eng.), Prof.

S.L. CHERNYSHEV, Corresp.

Editor Organizer

Representatives of the journal:

Pilot-Cosmonaut

Member, RAS, Prof.

O.S. RODZEVICH

T.A. MUSABAYEV, Dr. Sci. (Eng.),

N.G. PANICHKIN, Cand. Sci.

(Phys.-Math.)

K.M. PICHKHADZE, Dr. Sci.

S.S. POZDNYAKOV, Eng.

V.A. POLETAYEV, Dr. Sci. (Eng.), Prof

G.G. SAYDOV, Cand. Sci. (Eng.)

A.G. SAMUSENKO, Eng.V.G. SVETLOV, Dr. Sci. (Eng.)

A.N. SERYOZNOV, Dr. Sci. (Eng.)M.Yu.SMUROV, Dr. Sci. (Eng.)

V.P. SOKOLOV, Dr. Sci. (Eng.), Prof. A.V. SOLLOGUB, Dr. Sci. (Eng.), Prof.

V.A. SOLOV'EV, Corresp.Member, RAS, Pilot-Cosmonaut

V.V. SHALAY, Dr. Sci. (Eng.), Prof.

V.A. SHATALOV, Pilot-Cosmonaut

Pilot-Cosmonaut

(Eng.), Prof.

Yu.A. RYZHOV, Acad., RAS, Prof.

Kazan: R.I. ADGAMOV, phone 8 (843) 238-46-23

V.V. DRIK, phone 8 (495) 696-07-97

Ministry of Defence of Russian Federation:

Ufa: O.B. SEVERINOVA, phone 8 (3472) 73-07-23

France, Paris: E.L. TCHEHOV, phone (10331) 47-49-28-05

The journal is in the list of editions, authorized by the SupremeCertification Committee of the Russian Federation to publish the works

of those applying for a scientific degree.

Viewpoints of authors of papers do not necessarily represent

the Editorial Staff’s opinion.

Post-graduates have not to pay for the publication of articles.

Annotations of magazine articles and features required of author manuscript desing

are available at Internet Site http://www.viartpolet.ru

Address of the editorial office: 107076, Moscow, Stromynsky per., 4

Phone: 8 (499) 269-54-97

E-mail address: [email protected]

Internet address: http://www.viartpolet.ru

© Ltd Co "Mashinostroenie – Polyot", 2015

CONTENTS

A.Yu. DANILYUK, Cand. Sci. (Eng.), Prof.



3

7. 2015

УДК 629.7

ÀÁÎÓÔÒÙÓËÍ˝Ê¯ ¬ÈˆÁÊÏÍ Á ̨д ̄ Ï˝Óı

ùÔ¯ˆÚÏÓÏÍˆ¯Ú˝

Óı

д

ËÊ˘

ÍÚ¯ÔÒ˝

Óı

ÈÁÚÍ˝

ÓËˆÓı

д Ô˛ Ï¯ÍÔÊÙÍ˚ÊÊ Î¯ÏÁÎ¯ˆÚÊË˝Óı ÔÈ˝˝Óı ÎÏÓ˘ÏÍ˙˙˜ ˝Í ¬ÍÙ¯ÏÍˆ¯Ú-˝ÓÁÊÚ¯Ô¯ı "œ˝˘ÍÏÍ"

Õ.‚. œˆÊ ˙ÓË, ‚.À. œÏ‰Í˝˘ ̄ ÔÒÁˆÊı , À.”. ›ÔÊÁ¯¯Ë, œ.Ã. ¤ÓÏÓÚ¯¯Ë, ›.». ¤ÈËÌÊ˝ÓËÍ

E-mail: [email protected]

олãовременные планы из ó чения и освоения Л ó ны связывают с раз-работê ой и использованием раê ет-носителей сверхтяжелоãо ê ласса

(РН СТК ) с ãр ó зоподъемностью на низêó ю опорн ó ю орбит ó (НОО)на первом этапе (РН СТК -1) не менее 80 т, на втором этапе (РН СТК -2) —160 т и более.

На базе РН СТК -1 в ê омплеê се с ê ислородно-водородным разãонным

блоê ом (КВРБ) сверхтяжелоãо ê ласса возможна реализация дв ó хп ó сê овых схем пилотир ó емых эê спедиций на поверхность Л ó ны. РН СТК -2 позволят

реализовать одноп ó сê овые схемы посещения Л ó ны.Создание и эê спл ó атация сверхтяжелых средств выведения потреб ó ют

с ó щественноãо наращивания производственных мощностей раê етно-ê ос-мичесê ой промышленности. В сл ó чае реализации ê р ó пномасштабной пи-

лотир ó емой л ó нной проãраммы с созданием постоянно действ ó ющей

л ó нной базы расходы на ê осмичесêó ю деятельность ó величатся примерно

на порядоê по сравнению с современным ó ровнем. При этом для решения

традиционных задач в оê олоземном и дальнем ê осмосе (связь, дистанци-

Рассмотрена возможность использования мноãоразовых межорбитальных б óêсиров с ядерной элеêтрораêетной двиãательной óстановêой для транспортировêи ã р ó зов наоêолол óнн óю орбит ó и ос óществления перспеêтивной л óнной пилотир óемой проã раммы

на базе раêет-носителей тяжелоãо ê ласса семейства " Анãара".

Ключевые слова: мноãоразовый межорбитальный б óêсир; ядерная энерãо óстановêа; элеêтрораêетная двиãательная óстановêа.

V.N. Akimov, N.I. Arkhangelsky, I.O. Eliseev, A.S. Koroteev, E.Yu. Kuvshinova.The Use Of The Tug With Nuclear Electric Rocket Propulsion System For The Reali-zation Of Advanced Lunar Program Based On Launchers "Angara"

The possibility of using the reusable interorbital tugs with nuclear electric rocket propulsion system for cargoes transportation to the lunar orbit and the implementation of advanced manned lunar program based on launchers of heavy-class family "Angara".

Key words: reusable interorbital tug; nuclear power system; electric rocket propulsion system.

Д

АКИМОВВладимир Ниê олаевич —

начальниê отделаЦентра Келдыша

АРХАНГЕЛЬСКИЙНиê олай Иванович —

вед ó щий на ó чный сотр ó дниêЦентра Келдыша,

ê андидат техн. на óê

ЕЛИСЕЕВИ

ãорь

Оле

ãович

—начальниê сеê тораЦентра Келдыша,

ê андидат техн. на óê

КОРОТЕЕВ Анатолий Сазонович —ãенеральный диреê тор

Центра Келдыша,аê адемиê РАН

КУВШИНОВА Еê атерина Юрьевна —

вед ó щий инженерЦентра Келдыша



4

онное зондирование Земли, навиãация, меж -планетные миссии автоматичесê их КА ) сверх -тяжелые РН не треб ó ются. Коммерчесê ое при-менение таê их носителей на мировом рынê е

п ó сê овых ó сл óã маловероятно.В связи с этим в настоящее время рассмат-

ривается целесообразность ос ó ществления на-чальноãо этапа л ó нной проãраммы, вê лючая и

пилотир ó емые эê спедиции, с применением ра-ê еты-носителя тяжелоãо ê ласса ãр ó зоподъем-ностью на НОО не менее 35 т, прорабатываемой

ФГУП "ГКНПЦ им. М.В. Хр ó ничева" с исполь-зованием на ó чно-техничесê оãо, проеê тно-ê он-стр óê торсê оãо и производственноãо заделов по

РН " Анãара- А 5".

В то же время перспеê тивы развития ê осми-чесê ой техниê и, в частности средств межорби-тальной транспортировê и (СМТ), связаны с ос-воением новых технолоãий, в том числе ядер-ных элеê трораê етных двиãательных ó становоê ( ЯЭРДУ ) большой мощности [1, 2].

На базе ЯЭРДУ моãó т быть созданы эффеê-тивные СМТ новоãо поê оления — мноãоразовые

межорбитальные б óê сиры (ММБ) для решения

задач транспортноãо обеспечения перспеê тив-ных

ê осмичес

ê их

про

ãрамм

.С

использованием

ММБ с ЯЭРДУ меãаваттноãо ê ласса в ê омплеê се

с РН ãр ó зоподъемностью 35…50 т может быть

создана эффеê тивная транспортная система до-ставê и полезных ãр ó зов (ПГ) на орбит ó исêó сст-венноãо сп ó тниê а Л ó ны (ОИСЛ).

Далее приведены энерãомассовые и эê ономи-чесê ие оценê и эффеê тивности таê ой системы

по сравнению с традиционной системой до-ставê и полезных ãр ó зов с помощью одноразовых

разãонных блоê ов (РБ) с жидê остными раê ет-

ными двиãателями ( ЖРД). Из ряда проработоê ГКНПЦ им. М.В. Хр ó ничева [3—5] для этих

оценоê были выбраны два варианта тяжелых

носителей — " Анãара- А 5В" и " Анãара- А 7В".

Переход от РН " Анãара- А 5" ê носителю " Ан-ãара- А 5В" предлаãается ос ó ществить п ó тем за-мены ê ислородно-ê еросиновой третьей ст ó пени

на ê ислородно-водородн ó ю ст ó пень. При этом

первая и вторая ст ó пени РН, образ ó емые паê е-том из пяти ó ниверсальных раê етных мод ó лей

(УРМ-1), остаются неизменными. Гр ó зоподъем-ность РН " Анãара- А 5В" на НОО (Н ê р = 200 ê м;i = 51,7°) составляет 35…37,5 т.

Дв ó хст ó пенчат ó ю РН " Анãара- А 7В" предло-

жено создать на базе РН " Анãара- А 5" п ó тем ó ве- личения числа боê овых мод ó лей УРМ-1 первой

ст ó пени с четырех до шести, а таê же заменой

ê ислородно-ê еросиновой второй ст ó пени (цент-ральноãо блоê а УРМ-1) на ê ислородно-водо-родн ó ю ст ó пень. Гр ó зоподъемность РН " Анãа-ра- А 7В" на НОО составляет 50 т.

Хараê теристиê и традиционной системы до-

ставê и ãрó зов на ОИСЛ. При использовании тя- желых носителей " Анãара- А 5В" или " Анãа-ра- А 7В" в ê омплеê се с одноразовыми РБ на базе

ЖРД пилотир ó емые эê спедиции на поверхность

Л ó ны моãó т быть проведены по четырехп ó сê о-вой схеме. Одной парой п ó сê ов РН на ОИСЛ

доставляется ãр ó зовой ê омплеê с — л ó нный по-садочно-взлетный аппарат ( ЛПВА ). Второй па-рой п ó сê ов РН доставляется пилотир ó емый

ê омплеê с — транспортный ê осмичесê ий ê о-рабль с эê ипажем.

В дв ó хп ó сê овой схеме доставê и ãр ó зовоãо

ê омплеê са первым п ó сê ом РН " Анãара- А 5В" на

НОО (Н ê р = 200 ê м; i = 51,7°) выводится связê а ЛПВА с РБ на топливе АТ + НДМГ (РБ-2), вто-рым п ó сê ом РН — ê ислородно-водородный раз-ãонный блоê (РБ-1). После стыê овê и связê и ЛПВА + РБ-2 и РБ-1 на НОО вê лючениями

маршевой ДУ блоê а РБ-1 ê омплеê с выводится

на промеж ó точн ó ю эллиптичесêó ю орбит ó, ã де

блоê РБ-1 отделяется, а блоê РБ-2 довыводит

ЛПВА на отлетн ó ю ê Л ó не траеê торию. После

входа в сфер ó действия Л ó ны блоê РБ-2 выво- дит ЛПВА массой ∼19,5 т на полярн ó ю оê оло-

л ó нн ó ю орбит ó высотой Н ê р = 200 ê м и отделя-ется. При этом в ãр ó зовом варианте миссий с

помощью л ó нных посадочных аппаратов на по-верхность Л ó ны моãó т быть доставлены полезные

ãр ó зы массой до 6…7 т — л ó нные эê спедиционные

ê омплеê сы, жилые мод ó ли, солнечные энерãо-мод ó ли мощностью до 20 ê Вт, транспортные

средства и др.

По оценê ам, с ó ммарная стоимость дв ó х

п ó сê ов РН " Анãара- А 5В" с дв ó мя блоê ами РБ-1 и



5

7. 2015

дв ó мя блоê ами РБ-2 составляет ∼ 10,3 млрд р ó б.В данном сл ó чае это определяет ó дельн ó ю стои-мость доставê и ПГ на полярн ó ю ОИСЛ, равн ó юС ó д ≈ 530 тыс. р ó б./êã (в ценах 2014 ã.).

В ãр ó зовом варианте л ó нных миссий, вы-полняемых парными п ó сê ами раê ет-носителей

" Анãара- А 7В", проводимыми по описанной выше

схеме (с использованием разãонных блоê ов РБ-1и РБ-2), обеспечивается доставê а на полярн ó юОИСЛ ãр ó зов массой ∼ 26,5 т и, соответственно,на поверхность Л ó ны — полезных ãр ó зов мас-сой до ∼ 9 т.

С ó ммарная стоимость дв ó х п ó сê ов носителей

" Анãара- А 7В" с блоê ами РБ-1 и РБ-2 составляет

∼ 11,9 млрд р ó б., что определяет ó дельн ó ю стои-мость доставê и ПГ на полярн ó ю ОИСЛ данны-ми средствами, равн ó ю С ó д ≈ 450 тыс. р ó б./êã.

В альтернативном варианте выполнения ãр ó-зовых л ó нных миссий на базе средств выведе-ния сверхтяжелоãо ê ласса — РН СТК -1 и КВРБ

СТК -1 — доставê а полезноãо ãр ó за на ОИСЛ

выполняется по одноп ó сê овой схеме. При ãр ó-зоподъемности РН СТК -1 на НОО, равной 80 т,на полярн ó ю ОИСЛ высотой Н ê р = 200 ê мсверхтяжелый КВРБ доставляет полезный ãр ó з

массой ∼ 23 т. При средневзвешенной величинеоценоê вед ó щих раê етных КБ отрасли и ФГУП

"Орãанизация " А ãат" с ó ммарной стоимости п ó сê аштатной РН СТК -1 (80-тонноãо ê ласса) и

КВРБ СТК -1, равной ∼ 12,3 млрд р ó б., ó дельная

стоимость доставê и ПГ на ОИСЛ составляет

С ó д ≈ 535 тыс. р ó б./êã.

Состав, схема фó нê ционирования, хараê те-

ристиê и и эффеê тивность применения мноãоразо-

воãо бóê сира с ЯЭРДУ . Мноãоразовый ядерный

б óê сир состоит из основноãо и сменноãо мод ó лей.

Основной мноãоразовый (транспортно-энер-ãетичесê ий) мод ó ль (ОМ) вê лючает ядерн ó юэнерãо ó становêó ( ЯЭУ ) и элеê трораê етн ó ю двиãа-тельн ó ю ó становêó (ЭРДУ ) с баê ами для рабо-чеãо тела, соединительные ê онстр óê ции (систе-м ó нес ó щих ферм), приборно-аãреãатный отсеê с бортовыми системами и системой стыê овê и.

В состав сменноãо мод ó ля (СМ) входят при-борно-аãреãатный отсеê с системой стыê овê и,

баê и с полным запасом рабочеãо тела для ЭРДУ

на рейс б óê сира и выводимый полезный ãр ó з.

В перспеê тивных л ó нных проãраммах ММБ

с ЯЭРДУ может быть использован для доставê и

на ОИСЛ различных ãр ó зов — мод ó лей ПГ, до-ставляемых на Л ó н ó, л ó нных посадочных и по-садочно-взлетных аппаратов, топлива, блоê ов

л ó нной орбитальной станции и т. д.

Мноãоразовый б óê сир совершает челночные

рейсы межд ó оê олоземной радиационно без-опасной орбитой базирования (ОБ) и ОИСЛ.В ó становившемся режиме еãо эê спл ó атации

сменные мод ó ли с полезным ãр ó зом и рабочим

телом для ЭРДУ б óê сира доставляются на ОБ

перед ê аждым рейсом с помощью либо верхней

ст ó пени РН (при использовании трехст ó пенчатой

РН " Анãара- А 5В"), либо вспомоãательноãо раз-ãонноãо блоê а с ЖРД типа РБ "Фреãат" (при ис-пользовании дв ó хст ó пенчатой РН " Анãара- А 7В").Начальное выведение б óê сира на орбит ó бази-рования ос ó ществляется одним п ó сê ом РН с ис-пользованием РБ типа "Фреãат". Последний рейс

б óê сир ос ó ществляет тольê о в одн ó сторон ó —с орбиты базирования на ОИСЛ, после чеãо он

ó водится на орбит ó захоронения.

В отличие от дв ó хп ó сê овых вариантов, ис-польз ó ющих традиционные РБ с ЖРД, транс-портная операция доставê и на ОИСЛ аналоãич-ноãо полезноãо ãр ó за с помощью ММБ с ЯЭРДУ

выполняется одним п ó сê ом рассматриваемых

тяжелых носителей.

На рис. 1 представлен вариант одноп ó сê овой

схемы, реализ ó емой на базе РН " Анãара- А 5В".

Длительность перелета б óê сира с ОБ на целе-в ó ю ОИСЛ и обратно, масса рабочеãо тела ЭРДУ

(ê сенона) и масса выводимоãо ПГ зависят от

выбранноãо значения ó дельноãо имп ó льса ЭРДУ .С ó ммарное число рейсов ММБ N Σ за еãо сроê аê тивноãо с ó ществования (САС) определяется

длительностью единичноãо рейса Т р, вê лючаю-щей время прямоãо и обратноãо межорбиталь-ных перелетов и время ожидания на орбите ба-зирования очередноãо сменноãо мод ó ля.

При определении рациональных хараê те-ристиê и эффеê тивности применения мноãора-зовоãо межорбитальноãо б óê сира с ЯЭРДУ были



6

приняты след ó ющие исходные данные по еãо

основном ó и сменном ó мод ó лям:САС б óê сира и рес ó рс работы ЯЭРДУ со-

ставляют 10 лет;при элеê тричесê ой мощности ЯЭУ N ЯЭУ =

= 1 МВт и N ЯЭУ = 2 МВт масса основноãо мод ó ля

составляет 21,35 и 31,4 т соответственно (без

массы системы хранения и подачи ê сенона);относительная масса системы хранения и

подачи ê сенона равна αСХП = 0,1;

масса приборно-аãреãатноãо отсеê а сменно-ãо мод ó ля = 1,5 т;

стоимость изãотовления основноãо (транс-портно-энерãетичесê оãо) мод ó ля с ЯЭРДУ

= 5,0 млрд р ó б. при N ЯЭУ = 1 МВт и

= 7,5 млрд р ó б. при N ЯЭУ = 2 МВт;

ó дельная стоимость рабочеãо тела ЭРДУ

(ê сенона) составляет 30 тыс. р ó б./êã.

Расчет траеê торий межорбитальных перелетов

б óê сира с ЭРДУ межд ó оê олоземной и оê оло- л ó нной орбитами проводился в рамê ах оãрани-ченной задачи трех тел по методиê е, изложен-

ной в [6]. При перелетах тяãа и ó дельный им-п ó льс тяãи ЭРДУ принимались постоянными,режим работы элеê трораê етных двиãателей —непрерывным.

В ê ачестве маршевых двиãателей ЭРДУ рас-сматривались ионные двиãатели. Учитывалось

изменение тяãовоãо КПД ЭРДУ от ó дельноãо

имп ó льса тяãи. Пол ó ченное в рез ó льтате опти-мизации траеê торий перелетов значение хараê-теристичесê ой сê орости перелета с орбиты ба-зирования ММБ на полярн ó ю оê олоземн ó ю ор-бит ó, равное ΔV хар = 8160 м/с, было принято для

дальнейших проеê тных расчетов.

Выбор рациональных проеê тных парамет-ров ММБ с ЯЭРДУ проводился с вариацией

ó дельноãо имп ó льса маршевой ЭРДУ I ó с ó четом

след ó ющих поê азателей:

масса ПГ, доставляемоãо на ОИСЛ в единич-ном рейсе (mПГ ед);

с ó ммарная масса ПГ, доставленных на ОИСЛ

за САС ММБ (mПГ Σ);

различие в стоимостях доставê и полезных ãр ó зов на ОИСЛ с помощью одноразовых РБ

с ЖРД и с помощью ММБ с ЯЭРДУ в объеме

проãраммы транспортировê и, выполняемой

б óê сиром за САС (ΔС Σ = С РБ Σ – С ММБ Σ);

ó дельная стоимость доставê и ПГ на ОИСЛ

за САС б óê сира (С ó д = С ММБ Σ/mПГ Σ).

При этом ó читывалось, что в транспортной

операции по доставê е единичноãо ПГ на ОИСЛ

мноãоразовым б óê сиром треб ó ется один п ó сê

РН тяжелоãо ê ласса, а в варианте с одноразовымиРБ на базе ЖРД — два п ó сê а тоãо же носителя.

Рез ó льтаты расчетов по выбор ó рациональ-ных проеê тных параметров ММБ с ЯЭУ элеê т-ричесê ой мощностью 1 и 2 МВт и определению

эффеê тивности еãо применения по сравнению

с одноразовыми РБ на базе ЖРД для вариантов

транспортных систем на базе РН " Анãара- А 5В"и РН " Анãара- А 7В" представлены на рис. 2—5.На приведенных зависимостях тре óãольными

Рис. 1. Однопó сê овая схема доставê и полезноãо ãрó за наОИСЛ при использовании РН " Анãара- А 5В" и ММБ сЯЭРДУ :1 — выведение сменноãо мод ó ля с ПГ на орбит ó базированияб óê сира; 2 —стыê овê а основноãо и сменноãо мод ó лей и заправ-ê а баê ов основноãо мод ó ля запасом ê сенона на еãо возвраще-ние; 3 — мноãовитê овый перелет б óê сира с ПГ на ОИСЛ; 4 —отделение и возвращение основноãо мод ó ля на оê олоземн ó юорбит ó базирования; 5 — отделение ПГ от сменноãо мод ó ля

Око ëо ë унная

1

2

3

4

5 орбита

Орбита

базированиябуксира

« Анãара- А 5В»(mПГ = 33,9 т;

Н кр = 800 к ì; i = 51,7°)

mПАООМ

C изãОМ

C изãОМ





8

1,0

1,5

2,0

2,5

0 100 200 300 400

Суммарная масса ПГ, т

«Ангара-А5В» + ММБ«Ангара-А7В» + ММБ

О т н о ш е н и е

с у м м а р н ы

х з а т

р а т

н а

о д и н а к о в ы е

п р о г р а м м ы д о с т а

в к и

П Г

с п

о м о щ ь ю

К В Р Б

С Т

К - 1

и М

М Б

3) для вариантов транспортной системы на

базе РН " Анãара- А 5В" и РН " Анãара- А 7В" при-менение ММБ с ЯЭУ элеê тричесê ой мощно-стью 1 и 2 МВт обеспечивает примерно одинаê о-

вое относительное снижение стоимости доставê иПГ на ОИСЛ по сравнению с традиционными

РБ на базе ЖРД — в 1,60…1,64 раза.

На рис. 6—8 приведены ê онечные рез ó льтаты

расчетов по определению рациональных проеê т-ных параметров и эффеê тивности применения

ММБ с ЯЭУ элеê тричесê ой мощностью 1 МВт всоставе транспортных систем на базе РН " Анãа-ра- А 5В" и РН " Анãара- А 7В" по сравнению с

транспортной системой на базе традиционных

средств выведения сверхтяжелоãо ê ласса — РН

СТК -1 (80-тонноãо ê ласса) и КВРБ СТК -1.Тре óãольными марê ерами óê азаны точê и, отве-чающие маê симальном ó значению ê ритерия

ΔС Σ = С РБ – С ММБ.

Из анализа зависимостей, представленных

на рис. 2—4 и рис. 6—8, след ó ет, что в ê омплеê се

с РН 50-тонноãо ê ласса " Анãара- А 7В" мноãора-зовый межорбитальный б óê сир с ЯЭУ элеê триче-сê ой мощностью 1…2 МВт при хараê теристиê ах ,оптимальных с точê и зрения эê ономичесê оãо

"выиãрыша", б ó дет доставлять на полярн ó юОИСЛ ê ванты ПГ массой mПГ = 28…30 т. Кроме

тоãо, ММБ может выводить и ê ванты ПГ массой

до ∼ 32 т (при снижении с ó ммарной массы ПГ, доставленных ММБ за САС, на ∼ 10 %). Это зна-чительно превышает возможности сверхтяжелых

средств выведения традиционноãо типа — РН

СТК -1 с КВРБ СТК -1 ( доставляемая масса ПГ на

ОИСЛ mПГ = 23 т). При этом стоимость доставê иПГ б óê сиром на ОИСЛ по сравнению с транс-портной системой на базе РН СТК -1 и КВРБ

СТК -1может быть снижена не менее чем в 2,1раза.В ê омплеê се с РН 35-тонноãо ê ласса " Анãа-

ра- А 5В" ММБ с ЯЭРДУ при хараê теристиê ах ,оптимальных в плане эê ономичесê оãо "выиã-рыша", доставляет на ОИСЛ ê ванты ПГ массой

mПГ ≈ 22 т, но может вывести таê ие же ê ванты

ПГ (mПГ = 23 т), что и ó традиционных средств

доставê и сверхтяжелоãо ê ласса — РН СТК -1 с

КВРБ СТК -1. Этот паритет достиãается ценой не-большоãо снижения с ó ммарной массы ПГ, до-

0

100

200

300

400

10 20 30 40

Масса ПГ, доставленногона окололунную орбиту за рейс ММБ, т

СуммарнаямассаПГ,

доставленных

наокололуннуюорбиту

ММБзаСАС,т

«Ангара-А5В» + ММБ

«Ангара-А7В» + ММБ

Рис. 8. Зависимость относительноãо эê ономичесê оãо выиã-рыша от применения ММБ вместо КВРБ СТК -1 от сó м-марной массы ПГ, доставленных на оê ололó ннó ю орбитó заСАС ММБ

Рис. 7. Зависимость величины эê ономичесê оãо выиãрыша отприменения ММБ вместо КВРБ СТК -1 от сó ммарной массыПГ, доставленных на оê ололó ннó ю орбитó за САС ММБ

Рис. 6. Зависимости сó ммарной массы ПГ, доставленныхММБ на ОИСЛ за САС, от массы ПГ, доставленноãо заединичный рейс, при сравнении с КВРБ СТК -1



9

7. 2015

ставленных б óê сиром за САС —с ∼ 260 т до ∼ 240 т.При этом стоимость доставê и ПГ на ОИСЛ

б ó дет в два раза ниже по сравнению с транспорт-ной системой на базе РН СТК -1 и КВРБ СТК -1.

Рациональные проеê тные параметры мноãо-

разовоãо б óê сира (ó дельный имп ó льс тяãиЭРДУ I ó , время выведения ПГ с ОБ на ОИСЛ

Т выв, массы выводимых на ОИСЛ полезных

ãр ó зов в единичном рейсе mПГ ед и за САС б óê-сира mПГ Σ, ó дельная стоимость доставê и ПГ на

ОИСЛ С ó д и относительный выиãрыш в стоимо-сти доставê и ПГ на ОИСЛ от применения ММБ

вместо КВРБ СТК -1С РБ Σ/С ММБ Σ) для вариан-тов с ЯЭУ мощностью 1 и 2 МВт, использ ó емых

в ê омплеê се с РН " Анãара- А 5В" и РН " Анãа-ра- А 7В", приведены в таблице.

Приведенные рез ó льтаты позволяют рассмат-ривать создание ãр ó зовой транспортной системы

на основе ММБ с ЯЭРДУ меãаваттноãо ê ласса иРН тяжелоãо ê ласса " Анãара- А 5В" ê аê способ,обеспечивающий возможность реализации на-чальноãо этапа пилотир ó емой проãраммы по

исследованию и освоению Л ó ны, не дожидаясь

создания средств выведения сверхтяжелоãо

ê ласса и всей соп ó тств ó ющей инфрастр óê т ó ры

по их изãотовлению, транспортировê е и прове- дению п ó сê ов. Это позволит значительно снизить

ê аê с ó ммарные объемы, таê и пиê овые наãр ó зê ипо финансированию этоãо этапа проãраммы.

Итаê, при использовании РН тяжелоãо ê ласса

" Анãара- А 5В" ãр ó зоподъемностью до ∼ 37 т и

ММБ с ЯЭУ элеê тричесê ой мощностью 1 МВт

обеспечивается возможность доставê и на поляр-н ó ю оê олол ó нн ó ю орбит ó высотой Н = 200 ê мê вантов ПГ массой ∼ 23 т одним п ó сê ом РН, что

эê вивалентно энерãетичесê им возможностям

сверхтяжелых средств выведения первоãо этапа —

РН СТК -1 ãр ó зоподъемностью 80 т и ê ислород-но-водородноãо РБ СТК -1. При использовании

РН " Анãара- А 7В" ãр ó зоподъемностью 50 т и

ММБ с ЯЭУ элеê тричесê ой мощностью 1…2 МВт

имеется возможность доставê и на полярн ó ю

орбит ó Л ó ны ê вантов ПГ массой 28…32 т.Транспортная система на базе ММБ с

ЯЭРДУ в ê омплеê се с РН " Анãара- А 5В" или РН

" Анãара- А 7В" позволяет примерно в два раза

ó меньшить стоимость транспортных операций

по доставê е ãр ó зов на ОИСЛ за САС ММБ по

сравнению с вариантом использования РН и РБ

сверхтяжелоãо ê ласса при одинаê овом с ó ммар-ном ãр ó зопотоê е и обеспечить возможность

реализации начальноãо этапа долãовременной

л ó нной пилотир ó емой проãраммы, не дожида-

ясь ввода в эê спл ó атацию средств выведениясверхтяжелоãо ê ласса.

Библиографический список

1. Коротеев А .С. Новый этап развития ê осмичесê ойэнерãетиê и // Вестниê Российсê ой аê адемии на óê. Т. 82.2012. № 4.

2. Коротеев А .С., Ошев Ю. А ., Попов С. А . и др. Ядер-ная энерãодвиãательная ó становê а ê осмичесê оãо аппа-рата // Изв. РАН. Сер. Энерãетиê а.

3. Афанасьев И.,Воронцов Д. Перспеê тивные сред-ства выведения России и У ê раины // Новости ê осмо-навтиê и. 2008. № 8 (307). С. 60—63.

4. Нестеров В.Е.,К ó зин А .И.,Бахвалов Ю.О. Перс-пеê тивы создания тяжелых и сверхтяжелых раê ет-носи-телей // Общероссийсê ий на ó чно-техничесê ий ж ó рнал"Полет". 2009. № 3. С. 3—8.

5. Первый полет " Анãары- А 5В" с ãр ó зомаê етом со-стоится с Восточноãо в 2023 ãод ó. Эê спресс-информа-ция "Космичесê ая деятельность России и стран мира" /ООО "ЦНТИ "Поисê"". 24 апреля 2015 ã. С. 15.

6. К ó вшинова Е.Ю. Методиê а определения опти-мальной траеê тории перелета с малой тяãой межд ó оê оло-земной и оê олол ó нной орбитами // Эл. ж ó рнал "Тр ó дыМАИ". Вып. № 68. 03 сентября 2013 ã.

Хараê теристиê и мноãоразовоãо бóê сира с ЯЭРДУ в задаче доставê и ПГ на ОИСЛ

Использ ó емая РН N ЯЭУ , МВт I ó , с Т выв, с ó т mПГед, т mПГ Σ, т С ó д, тыс. р ó б./êã С РБ Σ/С ММБ Σ

" Анãара- А 5В"1 7126 227 22,7 250 264,0 2,00

2 8384 155 22,0 329 272,0 1,96

" Анãара- А 7В"1 6236 237 29,9 329 243,5 2,20

2 8159 175 30,5 427 237,4 2,25





11

7. 2015

В ê ачестве вырабатываемой в процессе меж - д ó народноãо сотр ó дничества ê онечной прод óê-ции в общем сл ó чае моãó т выст ó пать:

знания, передаваемые в рез ó льтате ê онс ó ль-

таций, леê ций и отдельных работ;техничесê ие предложения и проеê ты по об-

разцам ê осмичесê ой техниê и;

отдельные аãреãаты, ê омплеê сы и системы;

работы по модернизации аãреãатов, ê омп- леê сов и систем и т. д.

Особенности ê осмичесê их систем. Решение

задач межд ó народноãо сотр ó дничества треб ó етанализа свойств ê осмичесê ой техниê и, опреде-

ляющих возможность проведения межд ó народ-ноãо сотр ó дничества применительно ê той или

иной форме. В этой связи ê осмичесê им систе-мам ê аê предмет ó сотр ó дничества прис ó щи сле-

д ó ющие особенности:

высоê ая на óê оемê ость и технолоãичностьсистем в целом и ее отдельных элементов;

масштабность решаемых задач по проеê ти-рованию и производств ó и обсл ó живанию ê ос-мичесê ой техниê и, их мноãообразие и в то же вре-мя малосерийное или шт ó чное производство;

необходимость развитой наземной объеê то-вой и информационной инфрастр óê т ó ры, обес-

печивающей обсл ó живание, подãотовêó и за-п ó сê КА , ó правление, прием и обработêó ин-формации;

длительное ф ó нê ционирование КА на орби-тах в ó словиях ê осмоса, что предъявляет особыетребования ê надежности всех элементов систе-мы на весь период эê спл ó атации;

высоê ая стоимость создания ê осмичесê ойтехниê и, ó вязанная с продолжительностью ее

эê спл ó атации;

двойное назначение ê осмичесê их систем и

в связи с этим необходимость обеспечения тре-б ó емоãо ó ровня безопасности для страны-про-изводителя, а в зависимости от масштаба решае-мых задач (например, защита от астероиднойопасности) для планеты в целом.

Орãанизационно межд ó народное ê осмиче-сê ое сотр ó дничество определяется созданием

ó словий для еãо проведения во всех сферах ãо-с ó дарственной деятельности [1] и хараê териз ó-ется вê ладом позитивных рез ó льтатов сотр ó д-

ничества таê же во все сферы ãос ó дарственной деятельности.

Задачи ê осмичесê оãо сотр ó дничества посто- янно обновляются, и орãанизация их решения,

ê аê правило, носит ó ниê альный хараê тер в за-висимости от страны инопартнера и поэтом ó предполаãает определенн ó ю перенастройêó ор-ãанизационно-ó правленчесê ой стр óê т ó ры.

Решение ê аждой ê онê ретной ê омплеê снойзадачи и ее составных частей имеет, ê аê прави-

ло, потенциальных исполнителей, владеющих со-ответств ó ющей специфиê ой орãанизации и про-ведения работ. При этом решение ê аждой зада-чи об ó словлено решением смежных задач, оносамо влияет на решение др óãих задач и поэтом ó

предполаãает системн ó ю перенастройêó орãа-низационно-ó правленчесê ой стр óê т ó ры.

Таê им образом, межд ó народное сотр ó дниче-ство в ê осмосе предполаãает реãó лир ó емыймноãоэтапный и мноãо ó ровневый по состав ó ó частниê ов и должным образом орãанизован-ный и реãó лир ó емый процесс, направленный на

взаимовыãодн ó ю реализацию межд ó народноãопроеê та.

В этом процессе важная роль принадлежит

ó частию отечественных предприятий, ос ó ществ- ляющих непосредственное решение задач одно-сторонней и совместной разработê и на óê оемê их ,рес ó рсоемê их и высоê отехнолоãичных ê осми-чесê их проеê тов, производственной реализа-ции ê осмичесê их систем, их эê спл ó атации и ис-пользования, а таê же внедрению в отечествен-н ó ю праê тиêó передовоãо зар ó бежноãо опыта.

Особ ó ю ответственность нес ó т ãоловные

предприятия — разработчиê и ê осмичесê ой тех -ниê и, ê оторые создают ê ооперацию соиспол-нителей и формир ó ют предложения и ó словия

по рациональной реализации задач ê осмиче-

сê их проеê тов.Необходимость привлечения наó чных методов

системноãо анализа. Принятие решений в таê омсложном мноãо ó ровневом мноãовариантном и

мноãошаãовом процессе относится ê области

системных исследований. Без ó словно, ó прав- ление находится в р óê ах лиц, принимающих ре-шения ( ЛПР), однаê о для поддерж ê и принятиярациональных решений в плане формирования

вариантов и проãнозирования их рез ó льтатив-



12

ности и выбора рациональных решений необ-ходимо привлечение на ó чных методов систем-ноãо анализа.

Проблема состоит в том, что понятие сис-

темноãо анализа охватывает весьма обширн ó юобласть ê аê теоретичесê их , таê и приê ладных на ó чных направлений, подходов и методов. Их

использование без определенной систематиза-ции и правил может перерасти в бесê онечный

процесс и не дать адеê ватных рез ó льтатов ê ó с-тановленном ó сроêó. В то же время отс ó тств ó ет

формализованный и обоснованный подход повыбор ó и привлечению тех методов, ê оторые

треб ó ются для решения той или иной ê онê рет-ной задачи с ó четом оãраничений по времени.В этом

плане

вед

ó щая

роль

в

привлечении

и

про

-ведении приê ладных системных исследований для определения полной необходимой системы

мероприятий, обеспечивающих рациональн ó юи реализ ó ем ó ю орãанизацию работ по созда-нию, использованию и эê спл ó атации ê осмиче-сê ой техниê и, таê же принадлежит ãоловной ор-ãанизации.

Основываясь на опыте ãоловноãо на ó чно-про-изводственноãо предприятия по созданию слож -ных системных разработоê и ó частия в воен-но-техничесê ом сотр ó дничестве (ВТС), можно

предложить след ó ющие реê омендации приê лад-ноãо использования системноãо анализа.

У ê рó пненное отображение исследó емоãо пред-мета в сферах ãосó дарственной деятельности. Ре-ализация таê их масштабных проеê тов, ê аê меж -ãос ó дарственное ê осмичесê ое сотр ó дничество,затраãивает все сферы ãос ó дарственной деятель-ности высшеãо иерархичесê оãо ó ровня: полити-чесêó ю, эê ономичесêó ю, на ó чно-техничесêó ю,оборонн ó ю и социальн ó ю [2—4]. Учет систем-ноãо перечня сфер жизнедеятельности ãос ó дар-

ственноãо ó ровня проводится исходя из тоãо, чтоê аждая сфера в большей или меньшей степениопределяет цели, ó словия проведения и ê онеч-ный прод óê т межд ó народноãо сотр ó дничества.

При этом в ê аждой сфере решается опреде- ленный ê р óã задач на основе специфичесê ой деятельности определенноãо для данной сферы

перечня орãанизаций.

В этой ê лассифиê ации непосредственная

производственная и орãанизационно-ó правлен-

чесê ая работа ãоловноãо предприятия ос ó ществ- ляется в на ó чно-техничесê ой сфере. Вместе с

тем особенность работы ãоловноãо предприя-тия по масштабным проеê там состоит в том, что

для реализации проеê та в целом сê ладывается

объеê тивная необходимость инициирования

обеспечивающих задач по совоêó пности сфер

ãос

ó дарственной

деятельности

(рис

. 1).Таê ое отображение предназначено для пол-ноãо охвата хараê теристиê проблемы и целей

сотр ó дничества в целом с точê и зрения роли и

места в ê аждой сфере. Это сл ó жит беспроп ó сê-ном ó формированию иерархичесê и построен-ных ãр ó пп непосредственных и обеспечиваю-щих задач, причастных ê решению вопросов

меж ãос ó дарственноãо ê осмичесê оãо сотр ó дни-чества в ê аждой сфере [3, 5]:

в рамê ах политичесê ой сферы рассматрива-

ется решение таê их вопросов, ê аê правоваяоснова меж ãос ó дарственной ê осмичесê ой

деятельности, соã ласованность меж ãос ó дар-ственной ê осмичесê ой деятельности с поли-тичесê ими целями ãос ó дарства, выбор ино-партнера, ê ритерии рез ó льтативности (эф-феê тивности) ê осмичесê ой деятельности,орãанизационно-ó правленчесê ие принципы

на ãос ó дарственном и меж ãос ó дарственном

ó ровнях , позиции развития взаимовыãодноãо

Рис. 1. Схема обеспечивающих задач меж ãосó дарственноãо

ê осмичесê оãо сотрó дничества в сферах ãосó дарственной деятельности



13

7. 2015

сотр ó дничества, создание заинтересованности

политичесê оãо р óê оводства стран в óê репле-нии др ó жесê их отношений, ê онтроль за раз-витием военной техниê и в реãионах и т. п.;

в рамê ах на ó чно-техничесê ой сферы рассмат-ривается решение вопроса о привлечении ê работам авторитетноãо ãоловноãо предприя-тия — проеê тно-ê оординационноãо систем-ноãо интеãратора, объединяющеãо и ê оорди-нир ó ющеãо работы ê ооперации предприятий, ó частниê ов ê онê ретноãо меж ãос ó дарствен-ноãо ê осмичесê оãо проеê та. К этой сфере от-носится производственная, а таê же орãани-зационная, ê оординационная и ó правленче-сê ая деятельность ãоловноãо предприятия,

ответственноãо за реализацию всеãо проеê та;ê онê ретные решения проводятся с использо-ванием возможностей совершенствования

техниê и и технолоãий для отечественных разработоê;

в рамê ах оборонной сферы рассматривается

исполнение положений Концепции нацио-нальной безопасности России при заê люче-нии ê онтраê тов и проведении межд ó народ-ноãо сотр ó дничества, особенно в части ВТС,проãнозирование и парирование возможных

óãроз по всем аспеê там национальной без-опасности на основе определения ê омплеê са

специфичесê их мероприятий, обеспечиваю-щих требования и оãраничения по фаê торам

национальной безопасности;

в рамê ах эê ономичесê ой сферы рассматри-вается решение таê их вопросов, ê аê финан-сово-эê ономичесê ая стратеãия обеспечения

меж ãос ó дарственной ê осмичесê ой деятельнос-ти, ê ритерии эê ономичесê ой целесообраз-ности (эффеê тивности) для бюджета страны,финансовая поддерж ê а предприятий, обо-

снование цены на прод óê цию с ó четом ее эф-феê тивности и ê онêó рентной способностипрод óê ции, модели финансирования работ,соê ращение расходов на орãанизацию и про-ведение работ в процессе всеãо жизненноãо

циê ла проеê та меж ãос ó дарственной ê осми-чесê ой деятельности и т. п.;

в рамê ах социальной сферы рассматриваетсярешение вопросов повышения потребности

в ê валифицированных инженерных и рабочих

ê адрах в связи с расширением объема долãо-срочных высоê отехнолоãичных и на óê оем-ê их работ, повышения спроса ê системе под-ãотовê и специалистов в профессиональных и

высших ó чебных заведениях , ó чета важных для страны поê азателей повышения заãр ó- женности предприятий и повышения ó ровня

занятости на предприятиях в ãородах России.

Далее óê р ó пненно рассмотрены шаãи под-хода ê формированию и решению наиболее

значимых задач по óê азанным сферам.

Правовая основа междó народноãо сотрó дни-чества. Основ ó правовой деятельности в областиê осмоса Российсê ой федерации определяют

Заê он о ê осмичесê ой деятельности, Основы ãо-

с ó дарственной политиê и в области использова-ния рез ó льтатов ê осмичесê ой деятельности в

интересах модернизации эê ономиê и Россий-сê ой Федерации и развития ее реãионов на пе-риод до 2030 ãода, Гос ó дарственная проãраммаРоссийсê ой Федерации "Космичесê ая деятель-ность России на 2013—2020 ãоды".

Учитывая, что ê осмичесê ие системы явля-ются системами двойноãо назначения, работы,проводимые в рамê ах межд ó народноãо сотр ó д-ничества в области ê осмичесê ой деятельности внаправлении военноãо использования, необхо-

димо рассматривать ê аê военно-техничесê ое

сотр ó дничество с иностранными ãос ó дарствами.Юридичесêó ю основ ó проведения таê их работ

определяет Заê он о военно-техничесê ом со-тр ó дничестве.

Анализ правовой основы ê осмичесê ой дея-тельности в плане межд ó народноãо сотр ó дни-чества поê азывает необходимость развития ирасширения межд ó народноãо сотр ó дничества винтересах интеãрации Российсê ой Федерациив систем ó мировых хозяйственных связей и обес-

печения межд ó народной безопасности. В рез ó ль-тате таê оãо анализа, ê аê правило, появляется не-обходимость формирования дополнительных

правовых доêó ментов вплоть до постановленийправительства и óê азов Президента РФ [4].

Выбор партнера по междó народномó сотрó д-ничествó. Реализация межд ó народноãо сотр ó д-ничества в области ê осмичесê ой деятельности,цели и задачи ê оторой определены диреê тив-ными доêó ментами, в современных ó словиях



14

особенно проблематична из-за санê ций по от-ношению ê Российсê ой Федерации.

В этой связи весьма важно не ошибитьсяпри выборе партнера по межд ó народном ó со-

тр ó дничеств ó. Для анализа сит ó ации весьма эф-феê тивным является рассмотрение потенци-альных партнеров исходя из требований сис-темноãо подхода. Таê ой подход позволяет

оценить потенциальных партнеров для сотр ó д-ничества в области ê осмичесê ой деятельности

с позиций не тольê о общих поê азателей ãеоãра-фичесê оãо, демоãрафичесê оãо и др óãоãо хараê-тера, но и поê азателей, отражающих полн ó юсовоêó пность сфер межд ó народноãо сотр ó дни-чества (политичесê оãо, эê ономичесê оãо, обо-

ронноãо, социальноãо и на ó чно-техничесê оãо).Методичесê ие основы выбора партнеров по

сформированной совоêó пности поê азателей [4]предполаãают привлечение методов эê спертных

оценоê для пол ó чения ê оличественных значенийхараê теристиê, ê оторые не моãó т быть пол ó чены

непосредственно на основе статистичесê их дан-ных либо являются тр ó дно формализ ó емыми.

Критерии и поê азатели эффеê тивности междó-народноãо сотрó дничества. Критерии эффеê тив-ности межд ó народноãо сотр ó дничества сл ó жат

основой для рассмотрения ê оличественных по-ê азателей эффеê тивности, отображающих сте-пень достижения поставленных целей, и поê а-зателей безопасности, отображающих степени

парирования возможных неãативных фаê торов.Учет ê ритериев и поê азателей эффеê тивности ибезопасности проводится на след ó ющих иерар-хичесê их ó ровнях :

на ó ровне ãос ó дарства форм ó лир ó ются по-ê азатели полезности (например, политичесê ая

стабильность) и безопасности (например, невоз-можность использования ê онê ретноãо образца

ê осмичесê ой техниê и против России) межд ó на-родноãо сотр ó дничества в политичесê ой, эê оно-мичесê ой, социальной, военной и на ó чно-тех -ничесê ой сферах ; на этом ó ровне поê азателиэффеê тивности и безопасности, ê аê правило,носят вербальный хараê тер, но должны быть

однозначной основой для детальных ê оличест-венных поê азателей на послед ó ющих ó ровнях ;

на ó ровне предприятия формир ó ются ê о- личественные поê азатели полезности (например,

доходность проеê та ê аê разность ΔVC межд ó с ó ммарной выр ó чê ой V ∑ и затратами C ∑ на про-еê т, использование доходов и разработоê проеê та

для модернизации собственных образцов ê ос-

мичесê ой техниê и) и поê азатели безопасности(например, отслеживание степени реализ ó емости

R задач в процессе реализации жизненноãо

циê ла проãраммы) для деятельности предприя-тий ê орпорации;

на ó ровне создаваемоãо образца ê осми-чесê ой техниê и формир ó ются две ãр ó ппы поê а-зателей:

хараê териз ó ющих техничесê ое воплощениепроеê та {π} (затратность, технолоãичность, эрãо-номичность, сроê сл ó жбы, лоãистичность, эê с-

пл ó атационная безопасность, надежность, ãо-товность ê применению и т. п.);хараê териз ó ющих изделия проеê та с точê и

зрения целевоãо назначения, т. е. еãо эффеê тив-ность [6]: W ({π, С, Т , {U }, {β}) — ê аê степень вы-полнения поставленной ê осмичесê ой задачи навыделенные средства С , в определенных ó сло-виях применения {U }, в ó становленные сроê и Т и с ó четом возможных противодействий {β} в

процессе эê спл ó атации техниê и страной-им-портером.

Таê им образом, применительно ê рассматри-ваемой техничесê ой стороне вопроса достиãаетсямноãоаспеê тный системный анализ ос ó ществле-ния межд ó народноãо сотр ó дничества, определяю-щий предложения по ó правлению межд ó народ-ным сотр ó дничеством и дающий оценêó эффеê-тивности и безопасности таê оãо сотр ó дничества.

Орãанизационно-ó правленчесê ие принципы.Представление орãанизационно-ó правленче-сê их принципов на ãос ó дарственном и на меж -ãос ó дарственном ó ровнях необходимо для фор-мирования направлений и исходных данных

для их лоãичесê ой соã ласованности на после- д ó ющих ó ровнях орãанизационно-ó правленче-сê ой деятельности.

Можно представить две предельные формы

меж ãос ó дарственноãо сотр ó дничества:продажа ê осмичесê ой прод óê ции и предос-

тавление ó сл óã. Эта схема реализ ó ется в процессе деятельности Росвоор ó жения;

совместная разработê а, производство и эê с-пл ó атация ê осмичесê ой прод óê ции — эта схема



15

7. 2015

реализ ó ется при непосредственном ó частии ãоловноãо на ó чно-произ-водственноãо предприятия ê оопера-ции соисполнителей проеê та [4—7].

Принципиальная системнаямодель орãанизации и ó правленияреализацией межд ó народноãо со-тр ó дничества по второй форме яв-

ляется правовой основой для фор-мирования рабочей модели ó прав-

ления реализацией разработоê на

ó ровне ãоловноãо на ó чно-производ-ственноãо предприятия ê ооперациисоисполнителей проеê та (рис. 2).

Формирование рабочей сис-темной модели ó правления реали-зацией разработоê проеê та имеет

свои особенности. Каê отмечалосьвыше, мноãоаспеê тный выходной прод óê т в об-щем сл ó чае связан с рез ó льтатами межд ó народ-ноãо сотр ó дничества в политичесê ой, эê ономи-чесê ой, социальной, военной и на ó чно-техни-чесê ой сферах .

С точê и зрения ó правления целенаправлен-ной деятельностью, ос ó ществляемой в рамê ах ê аждой сферы, но об ó словленной деятельно-стью в др óãих сферах , можно применить модель

всеãо множества задач данной сферы W i лоãиче-сê ой с ó ммы трех ãр ó пп задач, ос ó ществляемых на объеê тах , отнесенных ê данной i-й сфере [8]:

W i = U i U i ,

ã де — ãр ó ппа прямых задач, инициир ó-

емых в интересах данной i -й сферы и решаемых

в орãанизациях данной i -й сферы; —

ãр ó

ппа ê

освенных задач

,инициир

ó емых

в

инте

-ресах данной i -й сферы, но решаемых в орãани-

зациях смежной j -й сферы ( j ≠ i ); —

ãр ó ппа заê азных задач, решаемых в интересах смежной j -й сферы ( j ≠ i ), но ос ó ществляемых ворãанизациях данной i -й сферы; U i — знаê ло-

ãичесê ой с ó ммы по индеê с ó i .Управление межд ó народным сотр ó дничест-

вом при совместном создании и производстве

образца ê осмичесê ой техниê и при вед ó щей ро- ли ãоловноãо предприятия вê лючает:

формирование жизненноãо циê ла межд ó на-родноãо сотр ó дничества от подãотовê и ó словий

для еãо проведения до создания ãотовоãо образца

ê осмичесê ой техниê и;формирование системы мер по реализации

ê онтраê тов сотр ó дничества с ó четом параметров

сфер жизнедеятельности и фаê торов нацио-

нальной безопасности;формирование спеê тра исходных рес ó рсов,

обеспечивающих процесс межд ó народноãо со-тр ó дничества;

адаптивное ó правление ê омпонентами про-цесса.

Перечень типовых ê омпонент, необходимых для реализ ó емоãо решения задач в ê аждом ас-пеê те, можно проиллюстрировать на обобщенной

модели предприятия, преобраз ó ющеãо входныерес ó рсы в ãотов ó ю прод óê цию (рис. 3).

Типовыми минимально необходимыми ê ом-понентами для решения задач по всем этапам

жизненноãо циê ла проеê та: выбор ó облиê а про- д óê ции, подãотовê е проеê та ос ó ществления со-тр ó дничества, проеê тированию, производств ó,испытаниям, эê спл ó атации, целевом ó исполь-зованию ê осмичесê ой техниê и и т. д., являются

[7, 8]:обор ó дование, необходимое для решения за-

дач по всем этапам жизненноãо циê ла проеê та;

Δβ{ }i прям

Δβ{ }i ê осв

Δβ{ }i заê аз

Δβ{ }i прям

Δβ{ }i ê осв

Δβ{ }i заê аз

Рис. 2. Орãанизационно-ó правленчесê ая модель меж ãосó дарственноãо сотрó д-

ничества в форме совместных разработоê



16

технолоãии, обеспечивающие таê же по всемэтапам жизненноãо циê ла проеê та продаж ó ê осмичесê ой техниê и;

специалисты необходимых специальностей иê валифиê ации, вê лючая специалистов по прода-

же ê осмичесê ой техниê и;орãанизационно-ó правленчесê ие стр óê т ó ры

предприятия, ê оординир ó ющие процесс подãо-товê и и выполнения ê осмичесê оãо проеê та.Назначение модели состоит в ó чете производ-

ственных потенциалов П пр, П сп, П техн и П ó прпредприятий для формирования ê ооперации ирациональной проãраммы финансирования,обеспечивающей миним ó м с ó ммарных затрат

на разработêó и производство прод óê ции в за- данном объеме N с заданными параметрами α иэффеê тивностью W . Предложенная модель по-зволяет оценить имеющийся потенциал по ти-повым ê омпонентам, сопоставить еãо с потреб-ным потенциалом и принять решение о способевосполнения недостатê а.

В ê ачестве прямых связей в "рабочей модели" ó правления предполаãается моделирование и

ос ó ществление процесса преобразования вход-ноãо прод óê та в "мноãоаспеê тный" выходнойпрод óê т. В ê ачестве обратных связей ó правления

предполаãается ос ó ществление мониторинãа вы-полнения работ, реализ ó емости, сроê ов и ó ста-новленных хараê теристиê прод óê ции. На этой

основе проводится адаптивное ó правление ê ом-понентами процесса, вê лючающее отслеживание

"ó зê их " мест и обеспечение реализ ó емости пос-тавленных задач за счет орãанизационной и

финансовой ê орреê ции процесса, привлечения дополнительноãо потенциала специалистов, тех -нолоãий и обор ó дования с целью маê симиза-ции частных и ê омплеê сных поê азателей эф-феê тивности и безопасности проеê та.

Техничесê ой стороной вопроса о соблюдении

положений национальной безопасности явля-ется неприменимость техниê и и технолоãий,передаваемых инопартнер ó, против интересовРоссии [5].

Формирование ê онêó рентоспособной цены.Одной из важнейших проблем ос ó ществления

межд ó народноãо сотр ó дничества в области ê ос-мичесê ой деятельности является проблемаформирования ê онêó рентоспособной цены на

предлаãаемые на рынê е прод óê цию и ó сл óãи.Цена является одним из дв ó х основных ê ом-

понент финансовой эффеê тивности (ФЭ) ΔФЭпроеê та, определяемой в виде [7, 8]

ΔФЭ = (V ∑ – C ∑) → max,

ã де V ∑ = V 1N ; V ∑ — выр ó чê а от продажи прод óê-

ции; V 1

— цена на единиц ó прод óê ции; N —ê оли-

чество проданных единиц прод óê ции; C ∑ — с ó м-

марные затраты на прод óê цию от начала проеê та до продаж вê лючительно, определяющие себе-стоимость в пересчете на единиц ó прод óê ции.

Затраты являются объеê тивной величиной,зависимой от рес ó рсной емê ости разработê ии техниê о-технолоãичесê их возможностей раз-работчиê а, и целиê ом ложатся на плечи разра-ботчиê а.

В основе рыночноãо ценообразования лежат

заê оны спроса и предложения. Для ê онêó ренто-способности важна ê аê цена при продаже про- д óê ции, таê и минимизация б ó д ó щих затрат по-êó пателя на эê спл ó атацию и целевое применениепрод óê ции.

Минимизация эê спл ó атационных затрат до-стиãается лоãистичесê ими методами, а минимиза-ция затрат на целевое применение достиãается

высоê ой целевой эффеê тивностью. Более ê аче-ственные в эê спл ó атации и более эффеê тивные

в применении образцы имеют более высоêó ю

Рис. 3. Обобщенная модель предприятия



17

7. 2015

ê онêó рентоспособность, и на них моãó т ó станав- ливаться более высоê ие рыночные цены незави-симо от ó ровня затрат производителя.

Важно отметить, что при ос ó ществлении меж -

д ó народноãо сотр ó дничества в связи с мноãоас-пеê тностью ó словий одним из важных фаê торов,оê азывающих влияние на цен ó прод óê ции, яв-

ляется степень ó частия ãос ó дарства в реãó лиро-вании цены. Праê тиê а проведения межд ó народ-ноãо сотр ó дничества ãоловным предприятием

ê ооперации поê азывает, что цели и ó словия

проведения сотр ó дничества таê же должны рас-сматриваться с ó четом всех основных аспеê тов

ãос ó дарства. Это особенно важно при реализа-ции проеê тов в форме совместной с иностран-

ными ãос ó дарствами разработê и и производстваê осмичесê ой прод óê ции для решения задач во-енно-техничесê оãо сотр ó дничества. Конêó рен-тоспособная цена прод óê ции, определяемая на

основе мноãоаспеê тноãо анализа и связанная с ó четом фаê торов межд ó народноãо сотр ó дниче-ства, может ê аê ó величиваться, таê и ó мень-шаться в зависимости от сê ладывающихся ó с-

ловий и поставленных целей. Цена, определяе-мая на основании перечня системных фаê торов,может отличаться от цены на прод óê цию, ис-числяем ó ю методами оценê и себестоимости.

В этой сит ó ации для адеê ватноãо назначения

маê симально возможной ê онêó рентоспособ-ной цены необходимо выполнить след ó ющее

ó словие: обоснование высоê их эê спл ó атацион-ных ê ачеств, высоê ой целевой эффеê тивности

и преим ó ществ прод óê ции сотр ó дничества по

сравнению с аналоãами след ó ет проводить при-менительно ê задачам, ó словиям и др óãим инте-ресам ãос ó дарства-импортера. Эта работа про-водится по инициативе и при ó частии ãоловноãо

предприятия.

Для обеспечения эê ономичесê ой эффеê тив-ности проеê та цена не должна оп ó сê аться до за-трат. Однаê о таê ая сит ó ация возможна для до-стижения др óãих ãос ó дарственных интересов

(ê роме эê ономичесê их ), но при ó словии выде- ления определенных ãос ó дарственных дотаций.В этом состоит один из важных фаê торов ó час-тия ãос ó дарства в реãó лировании цены на про-

д óê цию при ос ó ществлении межд ó народноãо

сотр ó дничества.

Выводы. Конê ретная реализация изложен-ноãо системноãо подхода наиболее емê о ос ó-ществлена АО "ВПК "НПО машиностроения" —ãоловным предприятием ê ооперации — при ор-

ãанизации и проведении работ в области воен-но-техничесê оãо сотр ó дничества по созданиюраê етной техниê и и межд ó народноãо сотр ó дни-чества в ê осмичесê ой области при созданиисистемы с КА радиолоê ационноãо наблюдения.Праê тичесê ий опыт межд ó народноãо сотр ó дни-чества поê азал целесообразность и необходи-мость применения специально сформирован-ных приê ладных методов системноãо подхода.Основ ó таê оãо подхода составляют мноãоас-пеê тный системный анализ, позволяющий сфор-мировать полное множество необходимых и до-статочных задач для реализации проеê та с ó че-том степени влияния сфер ãос ó дарственной

жизнедеятельности, а таê же ó совершенство-ванные приê ладные методы системноãо анали-за, позволяющие находить области рациональ-ных решений по реализации совместноãо про-еê та с обеспечением еãо высоê ой целевой и

эê ономичесê ой эффеê тивности при соблюде-нии требований национальной безопасности.


1. Бельянинов А .Ю. Военно-техничесê ое сотр ó дни-чество и интеãрационные процессы в оборонно-про-мышленном ê омплеê се России. М.: Изд. ИНИОН РАН,2003. 249 с.

2. Афанасьев В.Г. Системность и общество. М.:Политиздат, 1980. 368 с.

3. Леонов А .Г. Аспеê ты ãос ó дарственноãо ó ровняпри на ó чно-техничесê ом сотр ó дничестве // Тр. ИСА РАН.Т. 32 (2). 2008. C. 210—217.

4. Леонов А .Г. Военно-техничесê ое сотр ó дничество синостранными ãос ó дарствами по совместном ó созданиюобразцов раê етной техниê и. М.:На ó чный мир, 2009. 199 с.

5. Довãодó ш С.И., Леонов А .Г. О матрице систем-ной безопасности: спеê тр опасностей — меры их пари-

рования // Ф ó ндаментальные проблемы системнойбезопасности. М.: В ó зовсê ая ê ниãа. 2008. С. 28—43.6. Ильичев А .В. Начала системной безопасности.

М.: На ó чный мир, 2003. 456 с.7. Семаев А .Н. Финансово-эê ономичесê ая деятель-

ность ãоловноãо предприятия ê ооперации при воен-но-техничесê ом сотр ó дничестве. М.: В ó зовсê ая ê ниãа,2012. 123 с.

8. Петровсê ий В.С.,Грó щанê сê ий В. А .,Северцев Н. А .Разработê а методолоãии системноãо анализа и теоре-тичесê оãо моделирования ê оррелированных лоê аль-ных процессов, определяющих развитие сложной сис-темы. Проеê т РФФИ. 2005. 123 с.



18

УДК 629.7

¤ËÍÔÊÂÊˆÍ˚Ê˛ ÁÎÓÁÓ¬ÓË ÏÍÁ¸¯ÚÍ

ÙÍ‰ÓÔÍ≈

ÊËÍ˝

Ê˛

ˆÏÈÎ˝

Ó˘

Í¬ÍÏÊÚ˝

Óı

ÊÁÎ˜ÚÍÚ¯ÔÒ˝Óı Á¬ÓÏˆÊ "ˆÏÊÓ˘¯˝˝Ó˘Ó"ÚÓÎÔÊË˝Ó˘Ó ¬ÍˆÍ –¤‚ ÎÏÊ ÁËÓ¬Ó д ̋ ÓıˆÓ˝Ë¯ˆ˚ÊÊ ˘ÍÙÓÓ¬ÏÍÙ˝Ó˘Ó ‰ÔÍ д Í˘¯˝ÚÍ

’.œ. ÕÍÁ √ˆÓËÍ, œ.ú. ¤ÓÔÓÙ¯Ù˝˜ı , ”.œ. »ÏÍ˝¯Ë

E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]

ФГУП "ЦНИИмаш" на протяжении несê ольê их лет разрабатыва-

ются и отрабатываются новые технолоãии проведения ê риоãен-но-статичесê их испытаний изделий раê етно-ê осмичесê ой техниê и

(РКТ) [1—3]. Это об ó словлено в перв ó ю очередь необходимостью более ре-альной имитации температ ó рных наãр ó зоê, воздейств ó ющих на ê онстр óê-ции при эê спл ó атации, а таê же требованием повышения надежности и ó ве-

личения массово-ê онстр óê тивноãо совершенства баê ов.На сеãодняшний день аê т ó альными являются испытания водородных и

метановых баê ов в связи с тем, что с ó ществ ó ющая технолоãия испытаний

с заливê ой жидê оãо азота не позволяет имитировать эê спл ó атационные

наãр ó зê и.

Современные êонстр óêции топливных баêов РКН близêи ê êонстр óêционно- массо-

вом ó совершенств ó.Поэтом ó при проведении их верифиêации должны имитироваться эêспл óатационные температ ó ры испытываемоãо объеêта, вплоть до температ ó рыêипения водорода (20 К ). До настоящеãо времени в России не было стендов для прочно-

стных испытаний, способных сообщить ê р óпноãабаритным êонстр óêциям темпера-

т ó р ó в 20 К . Расчетными и эêспериментальными методами обосновывается эффеê-

тивная технолоãия использования ãазообразноãо ãелия в êачестве хладаãента при ê рио-

ãенно-статичесêих испытаниях ê риоãенных баêов.

Ключевые слова: захолаживание; ê риоãенно-статичесêие испытания; ãазообразныйазот; теплофизичесêий расчет; êвалифиêация.

D.A. Vasyukova, A.E. Kolozezny, O.A. Yuranev. Qualification Of Method For Pre-diction Of Gas Free Convection Cooling Of The Full-scaledtest Article Of A LauncherCryogenic Tank

Modern design and manufacturing technologies give us fuel tanks with almost perfect structure.But these almost perfect structures must be verified with exact simulation of all essential opera-

tional factors, especially temperature. So, hydrogen tanks should be tested being cooled down tothe temperature of 20К . There are no large stands for structural tests at the temperature of 20 K inRussia. Effective technology of tank cooling by gaseous helium for cryo structural testing hasbeen proven by both analytical and experimental methods.

Key words: cooling; cryo-structural tests; gaseous nitrogen; thermo-physical analysis; qualification.

В

ВАСЮКОВА Дарья Андреевна —

инженер 1-й ê атеãории ФГУП "ЦНИИмаш"

КОЛОЗЕЗНЫЙ Антон Эдó ардович —

начальниê отделаФГУП "ЦНИИмаш",

ê андидат физ.-мат. на óê

ЮРАНЕВОлеã Алеê сандрович —

начальниê лаборатории ФГУП "ЦНИИмаш"



19

7. 2015

Таê, испытания водородных баê ов раê е-ты-носителя (РН) "Энерãия" проводились в

среде жидê оãо азота. При этом в сил ó большой

разницы плотностей жидê их водорода и азота

баê и приходилось обезвешивать, что приводило ê ó сложнению эê спериментальной ó становê и и

ó величению затрат жидê оãо азота.

В США испытания водородных баê ов про-водили в среде жидê оãо водорода, что является

оптимальным вариантом с точê и зрения имита-ции эê спл ó атационных наãр ó зоê, но весьма за-тратным и сложным делом с точê и зрения обеспе-чения техниê и безопасности. Во времена СССР

испытания баê ов в среде жидê оãо водорода счи-тали техничесê и невыполнимой задачей [4].

В связи с изложенным выше были предло- жены две технолоãии захолаживания баê ов до

ê риоãенных температ ó р:

охлаждение посредством вын ó жденной цир-êó ляции холодноãо ãаза вн ó три баê а (например,ãазообразным ãелием);

охлаждение посредством свободной ê онвеê-ции холодноãо ãаза (например, испаряющимся

азотом).

В настоящей статье рассмотрен второй спо-

соб захолаживания.Теоретичесê и технолоãия охлаждения баê ов

с помощью испаряющеãося ãазообразноãо азота

применима ê о всем типам ê риоãенных баê ов,ê оторые использ ó ются или б ó д ó т использо-ваться в составе разãонных блоê ов (РБ) и РН:водородном ó, ê ислородном ó и метановом ó баê ам.Применение ее ê водородном ó баêó позволит

отê азаться от еãо обезвешивания, что ощ ó тимо

ó дешевит и ó простит изãотовление эê спери-

ментальной ó становê и.В сил ó тоãо что температ ó ра ê ипения жид-ê их ê ислорода (90 К ) и метана (111,7 К ) выше

температ ó ры ê ипения жидê оãо азота (77 К ),представляется возможность захолаживания ба-ê ов до эê спл ó атационных температ ó р. Таê ой ме-тод ранее ниã де не применялся. Причем более

перспеê тивным выã лядит охлаждение метано-воãо баê а за счет более высоê ой разницы темпе-рат ó р межд ó жидê им метаном и жидê им азотом.

Для дальнейшеãо внедрения данной техноло-

ãии в праê тиêó отработê и ê риоãенно-статиче-

сê ой прочности баê ов в раê етно-ê осмичесê ой

отрасли необходимо было провести ее теорети-

чесê ое обоснование, т.е. провести теплофизи-чесê ие расчеты и ê валифицировать их опытным

п ó тем. Для ó меньшения тр ó довых и материальных

затрат ê валифиê ацию целесообразно было про-

вести на маломасштабном объеê те испытаний.

Далее представлено описание этоãо процесса.

Расчет проводился аналитичесê им методом

с использованием заê онов и ó равнений термо-

динамиê и. В ê ачестве объеê та исследований

была выбрана маломасштабная модель (1:10) топ-

ливноãо баê а блоê а Ц РН "Энерãия", ê оторая

представляла собой обечайêó с вафельным под-

ê реплением. Ради ó с обечайê и R = 0,385 м, вы-

сота Н = 1,05 м. Днища — плосê ие технолоãиче-

сê ие. В расчетах применяются след ó ющие по-

ложения.

В баê заливается небольшое ê оличество жид-

ê оãо азота — не более 1/4 от высоты баê а. Вслед-

ствие теплопритоê ов происходит постоянное

испарение жидê оãо азота. Образовавшийся хо-

лодный ãазообразный азот за счет ê онвеê ции

поднимается вдоль стеноê баê а, забирая ó них

теплот ó. Для поддержания давления проводится

дренаж ãазообразноãо азота через отверстие в

верхней ê рышê е баê а.

В расчетах принимается, что ó ровень жид-

ê оãо азота и давление в баê е в ходе захолажива-

ния остаются постоянными. Температ ó ра оê р ó-

жающеãо возд ó ха и начальная температ ó ра баê а

принимаются равными Т оê р = 289 К (16 °С).

Расчет проводился в проãрамме Matlab.Теплопритоê и баê а сê ладываются из тепло-

притоê ов через обечайêó, верхнеãо днища и ниж -

неãо днища. Обечайê а поê рыта снар ó жи слоем

теплоизоляции (К -flex) толщиной hиз = 50 мм

с ê оэффициентом теплопроводности λиз =

= 0,03 Вт/(м•К ). Коэффициент теплопровод-

ности принимался ê аê среднее значение на тем-

перат ó рном интервале –196... + 20 °С.



20

Теплопритоê через изоляцию при темпера-т ó ре стеноê баê а Т ст определяется форм ó лой

Q об = (T оê р – T ст). (1)

Теплоизоляцию верхнеãо днища баê а обес-печивает паронитовая проê ладê а толщиной

hп = 4 мм. Коэффициент теплопроводности па-ронита составляет λп = 0,5 Вт/(м•К ).

Теплопритоê ê верхней ê рышê е определяет-ся выражением

Q в = πR2(T оê р – T в), (2)

ã де Т в — температ ó ра верхнеãо днища.

Теплоотдача от стеноê баê а б ó дет опреде- ляться в основном свободной ê онвеê цией азота.Режим движения при этом определяется произ-ведением чисел Грасãофа и Прандтля. Число

Прандтля, отвечающее ãазообразном ó азот ó, во

всем температ ó рном интервале приблизительно

постоянно (∼0,74). Число Грасãофа определяется

форм ó лой

Gr l = g βθl 3/ν2, (3)

ã де g — ó сê орение свободноãо падения; β = 1/Т ã —

температ ó рный ê оэффициент объемноãо рас-ширения ãаза; Т ã — температ ó ра ãаза; Θ — тем-перат ó рный напор; l — хараê терный размер; ν —ê инематичесê ая вязê ость азота.

Пол ó чилось, что значения произведения

GrPr при температ ó рах азота от 300 до 80 К и

давлении p = 1 ати лежат в пределах от 1,3•108

до 7,3•1010. Т ó рб ó лентный режим течения на-ст ó пает при GrPr l 2•107 [5], при этом за

расчетн ó ю температ ó р ó принимается среднее

значение межд ó температ ó рой стенê и и темпе-

рат ó рой ãаза на большом ó далении от стенê и.В начале процесса захолаживания ãазооб-

разный азот б ó дет иметь температ ó р ó, близêó юê 80 К , а стенê и баê а — ê 289 К . Таê им образом,средняя температ ó ра составит оê оло 200 К , что

соответств ó ет произведению GrPr = 6•108, и ре- жим течения можно считать т ó рб ó лентным.В дальнейшем расчетная температ ó ра б ó дет

ó меньшаться, что таê же соответств ó ет т ó рб ó- лентном ó течению.

Местный ê оэффициент теплоотдачи при раз-витом т ó рб ó лентном течении рассчитывается

по форм ó ле

Nul = αl /λ = 0,15(Gr l Pr)

1/3

. (4) Линейный размер входит в числа Nu и Gr,

поэтом ó ê оэффициент теплоотдачи не зависит

от неãо. Коэффициент теплоотдачи можно вы-разить след ó ющим образом:

α = 0,15λ = A(T )θ1/3. (5)

Зависимость ê оэффициента теплоотдачи от

температ ó ры стеноê баê а при свободной ê он-ве

ê ции

ãазообразно

ãо

азота

температ

ó рой

78К

приведена на рис. 1.

Коэффициент теплоотдачи для ãоризон-тально расположенной пластины (верхнее дни-ще), захолаживаемой сниз ó, можно рассчитать

по форм ó ле (4) для вертиê альной стенê и, но

при этом пол ó ченное значение н ó жно ó мень-шить на 30 % [5].

Для определения температ ó ры верхнеãо

днища баê а рассмотрим ó равнение, ó читываю-щее теплоотдач ó за счет свободной ê онвеê ции

ãазообразноãо азота и теплопритоê и через паро-нитов ó ю проê ладêó. Тепловым потоê ом (за счет

теплопроводности) от днища баê а ê обечайê е вэтом приближении можно пренебречь. Темпе-рат ó ра верхнеãо днища принимается одинаê о-вой во всех точê ах .

2πλизH

ln 1 hиз/R+( )

--------------------------

λп

hп

----

g βθ

ν2

-------Pr ⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 1/3

15

14

13

12

11

10

9

8

750 100 150 200 250 300

Теìпература стенок , К К о э ф ф и ö и е н т т е п ë о о т ä а ÷ и α , В т / ( ì

2 • К )

Рис. 1. Зависимость ê оэффициента теплоотдачи от темпе-ратó ры стеноê



21

7. 2015

Это ó равнение имеет вид

c Almkp = –αF (T – T ã) + F (T оê р – T ), (6)

ã де c Al — ó дельная теплоемê ость материала баê а;mkp — масса верхнеãо днища; F — площадь верх -неãо днища, соприê асающаяся с охлаждающим

ãазом.

Найдем ó становивш ó юся температ ó р ó верх -неãо днища Т в:

α(T в – T ã) = (T оê р – T в); (7)

T = . (8)

Подстановê а численных значений поê азы-вает, что температ ó ра верхнеãо днища останется

на ó ровне 273 К , т. е. близê ой ê температ ó ре

оê р ó жающей среды. Это объясняется тем, что

влияние теплопритоê ов через паронитов ó юпроê ладêó преобладает над процессом теплоот-

дачи от днища ê ãазообразном ó азот ó.

Распределение температ ó ры по высоте баê аопределяется ó равнением теплопроводности

для ê ольцевоãо элемента ради ó сом R, толщи-ной d и высотой dx на неê оторой высоте x :

c Aldm = Q теплопр( x + dx ) –

– Q теплопр( x ) – Q ê онв + Q изол, (9)

ã де масса ê ольцевоãо элемента

dm = ρ Al2πRddx , (10)

d — толщина стенê и баê а; ρ Al — плотность ма-териала баê а.

Теплопритоê, об ó словленный теплопровод-ностью алюминия, рассчитывается по форм ó ле

Q теплопр( x ) = λ Al ( x )2πRd . (11)

Теплоотдача за счет ê онвеê ции ãазообраз-ноãо азота вычисляется по форм ó ле

Q ê онв = αdF (T – T ã). (12)

Эффеê тивная площадь поверхности тепло-обмена

dF = f 2πRdx . (13)

Теплопритоê через изоляцию имеет вид

Q изол = (T оê р – T ). (14)

Подставив выражения (10)—(14) в ó равне-ние (9), пол ó чаем:

ρ Alc Al = – (T – T ã) +

+ (T оê р – T ). (15)

Начальное ó словие для этоãо ó равнения со-ответств ó ет нормальной температ ó ре обечайê ипри t = 0:

T (t = 0, x ) = 289 К . (16)

На нижней ãранице температ ó ра стенê и баê аравна температ ó ре ê ипения жидê оãо азота:

T (t , x = 0) = 78 К . (17)

На верхней ãранице тепло пост ó пает от дни-ща баê а. Каê было выяснено выше, температ ó ра

днища остается в ходе захолаживания праê ти-

чесê и постоянной. Межд ó днищем и верхнимшпанãо ó том обечайê и находится проê ладê а из па-ронита толщиной h = 4 мм и шириной x = 17 мм.В этом сл ó чае теплопритоê через поверхность

соприê основения определяется ê аê

Q ê р = (π(R + x )2 – πR2)(T ê р – T ) ≈

≈ 2πRx (T ê р – T ). (18)

Это значение необходимо распределить на

эффеê тивн ó ю толщин ó стенê и, т.е. по площади2πRd . Пол ó чаем ãраничное ó словие в виде

λ Al (t , x = h) = (T ê р – T ). (19)

На рис. 2 приведено распределение темпе-рат ó ры по высоте баê а в различные моменты за-холаживания по рез ó льтатам решения ó равне-ния (9). Линии на рис ó нê ах соответств ó ют мо-ментам времени через 0, 1, 3, 6, 10 и 30 мин

после начала захолаживания.

dT

dt -----

λп

hп

----

λп

hп

----

λп

hп

----T оê р αT ã+

λп

hп

---- α+

--------------------------

T ∂t ∂

-----

T ∂ x ∂-----

2πλизdx

ln 1 hиз/R+( )

--------------------------

T ∂t ∂

----- ∂

x ∂---- λ Al

∂t

x ∂----⎝ ⎠

⎛ ⎞ αd ----

λиз

Rd ln 1 hиз/R+( )

-------------------------------

λп

h----

λп

h----

T ∂ x ∂

-----λп

h----

x d --



22

Каê видно из рис. 2, наибольшие изменения

температ ó ры происходят в первые десять мин ó тзахолаживания. Нижняя ê ривая представляет

собой ó станавливающееся стационарное со-стояние с температ ó рой оê оло 90 К на высоте

100...800 мм от ó ровня жидê оãо азота.

Вследствие теплопритоê ов через верхнее дни-ще баê а температ ó ра верхнеãо шпанãо ó та со-ставляет оê оло 180 К . Влияние ãраницы распро-

страняется вниз на расстояние оê оло 200 мм, наэтом ó частê е распределение температ ó ры имеет

наибольший ãрадиент.

Проведенный анализ поê азывает, что при

захолаживании объеê та испытаний ãазообраз-ным азотом на равномерность распределения

температ ó ры с ó щественно влияет наличие "теп- ловых мостов".

В рассмотренных сл ó чаях наибольшее влия-ние оê азали теплопритоê и от испытательной

оснастê и через верхнее днище баê а. Днище было

изолировано от оснастê и паронитовой про-ê ладê ой толщиной 4 мм, в рез ó льтате чеãо рас-четная температ ó ра верхней части баê а составила

оê оло 180 К . Равномерность распределения

температ ó ры можно ó л ó чшить, использ ó я про-ê ладêó большей толщины или с меньшим ê оэф-фициентом теплопроводности.

На достаточном ó далении от ãраниц — днища

баê а вверх ó и ó ровня жидê оãо азота вниз ó — ó ста-навливается равномерное распределение тем-

перат ó ры. Необходимое для этоãо расстояние,соã ласно расчетам, составило оê оло 200 мм.

Температ ó ра в области равномерноãо рас-пределения определяется в основном теплоизо-

ляцией стеноê баê а. При использовании слоятеплоизоляции с ê оэффициентом теплопро-водности 0,03 Вт/(м•К ) и толщиной 50 мм тем-перат ó ра "полê и" составляет оê оло 90 К . Ул ó ч-шение теплоизоляции стеноê баê а позволит

приблизить эт ó температ ó р ó ê температ ó ре ê и-пения жидê оãо азота.

Для ê валифиê ации данноãо расчета были

проведены ê риоãенные испытания описанноãо

выше модельноãо баê а. На объеê т испытаний

были наê леены термопары ХК в четырех плос-ê остях (по оê р ó жности баê а). Во время испыта-ний баê заливался жидê им азотом примерно

на 1/4, остальная часть захолаживалась испа-ряющимся азотом. За счет вентиля, ó станов-

ленноãо на линии дренажа, реãó лировалось дав- ление вн ó три баê а.

Далее приводятся данные по измеренным

значениям температ ó ры в различных местах

модельноãо баê а.

Сравнение расчетных значений температ ó ры

с измеренными приведено на ãрафиê ах рис. 3, 4.Каê видно, в диапазоне 3200...3300 с после на-чала захолаживания наблюдается хорошая схо-

димость расчетных и эê спериментальных зна-чений температ ó ры обечайê и. В др óãие проме-

ж ó тê и времени (см. рис. 3) сходимость была

х ó же. В целом сходимость расчетных и эê спери-ментальных данных находится на ó довлетвори-тельном ó ровне, что позволяет использовать

расчетн ó ю схем ó для использования в расчетах

захолаживания цилиндричесê их баê ов, имею-

щих ê аê ã ладê ие, таê и вафельные стенê и.В процессе испытаний маломасштабноãо

баê а с захолаживанием ãазообразным хладаãентом

был зафиê сирован резê ий сê ачоê температ ó ры

верхней части обечайê и (рис. 5—7). Этот сê ачоê произошел во время разр ó шения баê а и резê оãо

понижения вн ó треннеãо давления. Предположи-тельно, снижение температ ó ры произошло,во-первых , за счет более интенсивноãо обтеê ания

стеноê ãазообразным азотом при истеê ании из

280

260

240

220

200

180

160

140

120

100

800 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Высота, ì

Т е ì п е р а т у р а с т е н

к и , К

Рис. 2. Распределение температó ры по высоте баê а ( жид-

ê ий азот тольê о на дне баê а)

30

10

6

3

1

Δt = 0



23

7. 2015

Рис. 3. Поê азания термопар на нижнем шпанãоó те (а) и на высоте 0,125 м (б )

50

0

–50

–100

–150

–2000 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Вреì я, с

Т е ì п е р а т у р а ,

° С

Т2

50

0

–50

–100

–150

–2000 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Вреì я, с


° С

Т7

а ) б )

ТП2Т8ТП8Т10Т16ТП12

Т15

Рис. 4. Поê азания термопар на высотах 0,375 м (а) и 0,625 м (б )

50

0

–50

–100

–150

–2000 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Вреì я, с


° С

Т6

50

0

–50

–100

–150

–2000 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Вреì я, с


° С

Т5

а ) б )

ТП6Т14

ТП5Т13

20

–20

–60

–100

–140

–1800 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Вреì я, с

Т е ì п е р а т у р

а ,

° С

Т1

Вреì я, с

Т4

а ) б )

ТП1Т3Т9ТП9Т11ТП11–160

–120

–40

–80

0ТП4Т12

20

–20

–60

–100

–140

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Т е ì п е р а т у р

а ,

° С

–160

–120

–40

–80

0

Рис. 5. Поê азания термопар на высоте 0,875 м (а) и на верхнем шпанãоó те (б )



24

образовавшейся трещины, во-вторых , за счет

понижения температ ó ры испаряющеãося азота.Этот механизм можно использовать для бы-

строãо охлаждения баê ов, ê оã да нет возможности

заполнять баê и жидê им азотом целиê ом. Дляэтих целей необходимо наличие дренажа с ã л ó бо-ê им реãó лированием, ê оторый имел бы таêó юпроизводительность, за счет ê оторой можно

было бы быстро изменять давление в баê е.По данным испытаний маломасштабноãо

баê а ê валифицирована расчетная схема, ê оторая

была использована для обоснования возмож -ности захолаживания ê р ó пноãабаритных баê ов

до ê риоãенных температ ó р с помощью ãазообраз-ноãо хладаãента и ê оторая в дальнейшем б ó дет

использована для расчетов охлаждения ê р ó пно-ãабаритных сбороê.

Предлаãается метод захолаживания ãазообраз-ным хладаãентом использовать для захолажива-ния ê ислородных и метановых баê ов, причем

наибольшая эффеê тивность охлаждения б ó дет

на метановом баê е за счет более высоê ой темпера-т ó ры ê ипения метана относительно ê ислорода.В исê лючительных сл ó чаях данн ó ю технолоãию

можно использовать для охлаждения баê ов

жидê оãо водорода.


1. Васюê ова Д. А ., Колозезный А .Э., Юранев О. А . Ис-пользование ê риоãенной ãелиевой системы для имита-ции эê спл ó атационных температ ó р при испытаниях напрочность баê ов жидê оãо водорода перспеê тивных средств выведения // Космонавтиê а и раê етостроение.2012. № 2 (67). С. 179—186.

2. Васюê ова Д. А ., Колозезный А .Э., Юранев О. А .Расчетное обоснование использования ê риоãенной ãе-

лиевой ó становê и для имитации эê спл ó атационных температ ó р при испытаниях на прочность ê риоãенных топливных баê ов раê ет ê осмичесê оãо назначения //Инновационный арсенал молодежи: Тр. Третьей на-

ó ч.-техн. ê онференции ФГУП "КБ " Арсенал".СПб., 2012.С. 280—282.

3. Васюê ова Д. А ., Колозезный А .Э., Юранев О. А .Эффеê тивный подход ê проведению зачетных прочно-стных испытаний ê риоãенных баê ов перспеê тивных средств выведения // Авиаê осмичесê ая техниê а и тех -нолоãия. 2013. № 1. С. 23—25.

4. ЦНИИМАШ. Центр исследований прочности.История развития / под ред. Н.Г. Паничê ина. Королев:Изд. ЦНИИмаш, 2001.

5. Малê ов М.П., Данилов И.Б., Зельдович А .Г. и др. /под ред. М.П. Малê ова. Справочниê по физиê о-техниче-сê им основам ê риоãениê и. М.: Энерãоатомиздат, 1985.

Рис. 7. Теоретичесê ая и эê спериментальная ê ривые значе-ний температó ры через 3200 с (а) и 3250 с (б ) после началазахолаживания

0

–50

–100

–150

–200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Вреì я, с


° С

0

–50

–100

–150

–200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Вреì я, с

Т е ì п

е р а т у р а ,

° С

а )

б )

Рис. 6. Теоретичесê ая и эê спериментальная ê ривые значе-

ний температó ры через 2900 с после начала захолаживания

0

–50

–100

–150

–200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Высота, сì

Т е ì п е р а т у р а , °

С

Рас÷ет

Экспериìент

Рас÷ет



Рас÷ет



25

7. 2015

УДК 629.7

‚¯ˆÓÚÓÏ˜¯ ÍÁÎ¯ˆÚ˜

ÏÍÙÏÍ¬ÓÚˆÊ д

ËÊ˘

ÍÚ¯Ô¯ı

–’ 170(171) д Ô˛ ÏÍˆ¯Ú-˝ÓÁÊÚ¯Ô¯ı "ú˝¯Ï˘Ê˛" Ê "Ÿ¯˝ÊÚ"

Õ.…. –Í‰ ̇Í˝Ê˝*


мае 2014 ã. исполнилось 40 лет со времени принятия правительством

решения о преê ращении проводимых работ по раê етном ó ê омплеê-с ó Н1. Эта дата не может считаться юбилеем ни по с ó ществ ó ющим ê а-

нонам определения юбилейных дат, ни по с ó ществ ó самоãо события. Вместе

с тем она подвела бесславный итоã разработê е первой отечественной сверх -мощной ê осмичесê ой раê еты Н1— Л3, предназначаемой для пилотир ó емоãо

полета на Л ó н ó. Несмотря на таê ое оê ончание, эта разработê а оставила ã л ó-боê ий след в истории нашеãо ê осмичесê оãо раê етостроения.Раê етный ê омплеê с Н1 разрабатывался с начала 1960-х ãã. до мая 1974 ã.

в обстановê е строãой сеê ретности, соответств ó ющей требованиям тоãо вре-мени. Позднее, начиная с середины 90-х ãодов прошлоãо веê а, ê оã да пелена

сплошной сеê ретности в области ê осмонавтиê и была снята, в средствах

массовой информации появилось множество п ó блиê аций о разработê е ра-

*Бессìенноì у автору журна ëа "По ëет" Вя÷ес ëаву Фе äорови÷ у Рах ìанину 17 сентября 2015 ã.испо ëни ëосü 80 ëет. Ре äак öия поз äрав ë яет еãо с Юби ëееì и же ëает крепкоãо з äоровü я, äо ëãих ëет жизни, твор÷еских успехов.

Содержит сведения из истории разработêи двиãателей НК -15 и НК -33 в ОКБ под р óêоводством Н . Д .К ó знецова для пилотир óемоãо л óнноãо êомплеêса Н 1- Л 3и двиãателейРД 170и РД 171в ОКБ под р óêоводством В .П .Радовсêоãо для раêет-носителей " Энерãия"

и " Зенит".Рассмотрены техничесêие хараêтеристиêи и особенности êонстр óêции óêа-

занных двиãателей, поêазано, что при разработêе двиãателей РД 170(171) êонстр óêтор-

сêие решения, пол óченные при создании двиãателей НК -15 и НК -33, не использовались.

Ключевые слова: двиãатели НК -33 и РД 170; л óнная проã рамма; êонстр óêторсêие

решения; техничесêие хараêтеристиêи; аварийные испытания; заимствование êон-

стр óêции.

V.F. Rahmanin. Some Aspects Of Engine Development RD170 (RD171) ForLaunch-Vehicles "Energia" And "Zenit"

This article contains some information about the history of development of LRE NK-15 and NK-33 in the company under the leadership of N. Kuznecov for manned lunar program LV N1-L3,and development of LRE RD170 (RD171) in the company under the leadership of V. Radovsky for LV "Energia" and "Zenit". The technical characteristics, the design features, are showed in thisarticle. The author concluded that the design solutions obtained by the development of engines

NK-15 and NK-33 were not used in the development of engines RD170 (RD171).

Key words: NK-33 and RD170 engines; lunar program; design solutions; technical charac-teristics; engine test with failure; using of design solutions.

В

РАХМАНИНВячеслав Федорович —

ã лавный специалистОАО "НПО Энерãомаш

им.аê адемиê а В.П.Гл ó шê о",ê андидат техн. на óê



26

ê еты Н1. Участниê и разработê и, ныне ветера-ны раê етно-ê осмичесê ой отрасли, делились

своими воспоминаниями в моноãрафиях , юби- лейных сборниê ах , статьях в периодичесê их из-

даниях , доê ладах на мноãочисленных ê онфе-ренциях , ê онãрессах , чтениях .

Поводом для нынешнеãо обращения ê этим

воспоминаниям стали неодноê ратно ó поминае-мые ó тверждения, что в процессе создания ра-ê етных двиãателей НК -15 и НК -33 (разработê аОКБ под р óê оводством Н. Д. К ó знецова для пер-вой ст ó пени РН Н1) были пол ó чены ê онстр óê-торсê ие решения, позднее ó спешно использован-ные в двиãателях РД 170 (171) (разработê а КБЭМ

под р óê оводством В.П. Гл ó шê о и В.П. Радовсê оãо

для первых ст ó пеней РН "Энерãия" и "Зенит").Коã да таê ие заявления делались в доê ладах в

моем прис ó тствии, я всеã да задавал вопрос до-ê ладчиêó: "У êажите êонê ретно, что было исполь-

зовано из êонстр óêции двиãателей НК -15 и НК -33

в двиãателях РД 170 (171)?" И праê тичесê ивсеã да следовал óê лончивый ответ типа: "Наêоп-

ленный опыт передавался работниêами НИИ êон-

стр óêторам НПО Энерãомаш в форме советов и

êонс ó льтаций".

Таê ие ответы несê ольê о сã лаживали ê атеãо-

ричность ó тверждения в доê ладе, посê ольêó óê- лонение от ê онê ретноãо ответа на прямо пос-тавленный вопрос всеã да порождает сомнения в

достоверности первоначальноãо ó тверждения.Но что делать с подобными ó тверждениями в

печатных изданиях ? Таê ая траê товê а одноãо из

моментов истории отечественной раê етной

техниê и вызывает ó меня несоã ласие, таê ê аê противоречит моим воспоминаниям о разра-ботê е двиãателей РД 170 (171).

Однаê о в таê ом щепетильном для восста-

новления историчесê ой правды вопросе я немоãó себе позволить опираться тольê о на свои

личные воспоминания. В ãоды разработê и дви-ãателей РД 170 (171) я хотя и работал в КБЭМ,но занимался др óãой тематиê ой. Но в то же время

ê аê член НТС КБ и ответственный за освоение

производства этих двиãателей на серийном за-воде в Омсê е я с 1978 ã. ó частвовал в техничесê их

совещаниях , на ê оторых по рез ó льтатам аварий-ных стендовых оãневых испытаний двиãателей

обс ó ждались варианты изменения ê онстр óê ции

аãреãатов двиãателей для обеспечения их на- дежной работы.

В числе обс ó ждаемых были и предложе-

ния на ó чных сотр ó дниê ов НИИТП, ЦИАМ,ЦНИИмаш, ГИПХ , НИИ "Композит" и др óãих

орãанизаций. Представителей из ОКБ Н. Д. К ó з-нецова в этот период в КБЭМ не было. Каê не

было и предложений использовать элементы ê он-стр óê ции двиãателей, разработанных в этом ОКБ.

В связи с этим вспоминается др óãая сит ó ация.В начале 1960-х ãã., ê оã да велась разработê а двиãа-телей НК -15, ê онстр óê торы ОКБ Н. Д. К ó зне-цова приезжали в КБЭМ и расспрашивали о

принципах ê онстр ó ирования аãреãатов ЖРД

и зарисовывали в рабочие блоê ноты ó злы ê он-стр óê ции ê амер и ãазоãенераторов двиãателей

РД 253 и РД 270. В тот же период по óê азанию

Министерства общеãо машиностроения (МОМ)ê онстр óê торы КБЭМ выезжали в ОКБ Н. Д. К ó з-нецова для оê азания помощи в разработê е ê он-стр óê ции ãазоãенератора. С ê онстр óê цией т ó р-бонасосноãо аãреãата (ТНА ) знаê омство было

более поверхностное — в области лопаточных

машин ê онстр óê торы ВРД и ГТД слыли при-знанными специалистами, хотя, по оп ó блиê о-

ванным воспоминаниям работниê ов ЦИАМ, ив этой области техниê и им оê азывалась на ó ч-но-техничесê ая помощь.

Еще раз "проê р ó тив" в памяти события вре-мен разработê и двиãателей РД 170 (171), я ре-шил не оãраничиваться тольê о своими воспо-минаниями и подстраховаться — ó знать мнение

вед ó щих разработчиê ов аãреãатов двиãателей

РД 170 (171), ê аê продолжающих работать вете-ранов НПО Энерãомаш, таê и находящихся на

засл ó женном отдыхе.

Без ó чета эмоциональной составляющей от-ветов, соответств ó ющей индивид ó альности ха-раê теров опрошенных , все были единод ó шны:чертежей НК -15 и НК -33 в т ó пор ó не видели, со

слов работниê ов НИИТП и ЦИАМ знали о па-раметрах и общих принципах ê онстр óê ции этих

двиãателей. Для обеспечения техничесê их хараê-теристиê двиãателей РД 170 (171) ê онстр óê торам

КБЭМ ниê аê ой помощи не требовалось, тем не

менее работниê и НИИТП традиционно при-



27

7. 2015

нимали ó частие в обс ó ждениях рез ó льтатов

испытаний.

Работниê и этоãо и др óãих инстит ó тов дей-ствительно оê азывали техничесêó ю помощь, но

тольê о в борьбе с возãоранием ê онстр óê цион-ных материалов насоса оê ислителя и ãазовоãо

траê та от ãазоãенератора до смесительной ãо- ловê и ê амеры. Но и в этом советы и предложе-ния представителей инстит ó тов не содержали

ссылоê на ê аêó ю- либо проверенн ó ю ê онстр óê-цию др óãих двиãателей, в частности НК -33.

Мнения ó частниê ов одних и тех же событий

прямо противоположны. Пол ó чается ê лассиче-сê ая дилемма: слова одних против слов др óãих .Но техничесê ие споры таê не решаются. В дан-

ном сл ó чае противоречие сторон может бытьразрешено из ó чением ê онê ретных фаê тов.

Для этоãо обратимся ê изложению в ê ратê ой

форме истории создания двиãателей НК -15,НК -33 в ОКБ Н. Д. К ó знецова и двиãателей

РД 170 (171) в КБЭМ и попытаемся пол ó чить

ответ на поставленный вопрос — было ли или

моã ло ли быть заимствование техничесê их ре-шений из ê онстр óê ции двиãателей НК -15,НК -33 в ê онстр óê цию двиãателей РД 170 (171)?

Обстоятельства сложились таê, что КБЭМ

не ó частвовало в разработê е двиãателей для ра-ê еты-носителя Н1. Разноã ласия межд ó С.П. Ко-ролёвым и В.П. Гл ó шê о в выборе топлива для

этой раê еты привели ê том ó, что С.П. Королёв от-ê азался использовать предлаãаемое В.П. Гл ó шê овысоê оê ипящее тоê сичное топливо и отдал пред-почтение хорошо освоенном ó в еãо ОКБ ê исло-родно-ê еросиновом ó топлив ó. Эсê изный проеê тê ислородноãо двиãателя ê момент ó выбора топ-

лива С.П. Королёвым был разработан в ОКБ

Н. Д. К ó знецова, оно и пол ó чило в 1962 ã. заê аз

на дальнейш ó ю разработêó таê оãо двиãателя тя-ãой 150 тс под индеê сом НК -15.

В эсê изном проеê те РН Н1 имелся длинный

списоê возможноãо применения этой раê еты,но ни Министерство обороны, ни А ê адемия

на óê, ни др óãие союзные министерства и ведом-ства интереса ê использованию раê еты не про-

являли. Разработê а техничесê ой доêó ментации ипослед ó ющее промышленное изãотовление ра-ê етных систем велись без четê оãо предназначе-

ния раê еты Н1. И тольê о в 1964 ã. на фоне ó спехов

америê анцев в разработê е проãраммы посещения

Л ó ны в СССР было принято решение, с ó ть ê о-тороãо сводилась ê фразе: " Л ó н ó америê анцам не

отдавать". Работы по созданию " л ó нной" раê еты,имеющей обозначение Н1- Л3, пол ó чили стат ó с"особо важноãо правительственноãо задания".

Явное несоответствие ãос ó дарственной зна-чимости л ó нноãо проеê та и недостатê а опыта впраê тичесê ой разработê е ЖРД ó ê оллеê тива

ОКБ под р óê оводством Н. Д. К ó знецова, ранее

ó спешно работавшеãо в области создания авиа-ционных двиãателей, насторожили высшие

партийные и ãос ó дарственные орãаны — Отдел

оборонной промышленности ЦК КПСС, Воен-

но-промышленн ó ю ê омиссию при СМ СССР,Министерство авиационной промышленности

(МАП) и МОМ. Они приняли решение привлечь

для оê азания на ó чно-техничесê ой помощи ново-испеченным разработчиê ам ЖРД ряд аê адеми-чесê их и отраслевых НИИ, а таê же двиãатель-ных ОКБ из МАП и МОМ.

Разработê а двиãателя НК -15 велась ó сê орен-ными темпами. Однаê о все треб ó емые по ГОСТ

этапы наземной отработê и были выполнены,ê роме заê лючительноãо — не проводились стен-

довые испытания двиãателей в составе первойст ó пени. Эта ст ó пень содержала 30 двиãателей

НК -15, строительство столь мощноãо стенда

для ее оãневых испытаний разработчиê ами ра-ê еты Н1 изначально не планировалось в целях

эê ономии средств.

Имелось и второе важное отличие от с ó щест-в ó ющей в отечественной праê тиê е приемосда-точной методиê и товарных поставоê ЖРД, по

ê оторой ê аждый эê земпляр двиãателей до еãо

ó становê и в ст ó пень раê еты проходил оãневое

ê онтрольно-технолоãичесê ое испытание (КТИ),а один двиãатель от поставляемой партии подвер-ãался еще и ê онтрольно-выборочном óиспытанию

(КВИ) продолжительностью 1,3.....1,8 рес ó рса

работы двиãателя в составе раê еты, а именно:ê онтроль приãодности двиãателей НК -15 ос ó-ществлялся проведением тольê о дв ó х КВИ от

партии из шести двиãателей, остальные четыре

двиãателя поставлялись для сборê и ст ó пени без

проведения КТИ.



28

Недостатоê опыта создания ЖРД ó ê онстр óê-торов авиационных двиãателей, ó с óãó бленный

"ê авалерийсê ими" темпами наземной отработê ии нар ó шением с ó ществ ó ющей праê тиê и ê онт-

роля работоспособности поставляемых двиãа-телей, привел ê том ó, что все четыре попытê ипроведения летных испытаний РН Н1— Л3 оê аза-

лись аварийными: три п ó сê а —из-за разр ó шения

двиãателей в период работы первой ст ó пени,один — по причине нештатной работы системы

стабилизации полета раê еты.

Два аварийных п ó сê а подряд (21 февраля и

3 июля 1969 ã.) из-за взрывов двиãателей НК -15объеê тивно поê азали недостаточность стендовой

отработê и двиãателей. Это вын ó ждены были при-

знать разработчиê и двиãателей и раê еты в целом.И во второй половине 1969 ã. ОКБ Н. Д. К ó зне-цова прист ó пило ê ê оренной модернизации дви-ãателя НК -15. А ê тивн ó ю помощь в этих работах

ê онстр óê торам оê азывали на ó чные сотр ó дниê иЦИАМ, НИИТП, ЦНИИмаш и специалисты

двиãательных ОКБ МАП и МОМ.

В то время, ê оã да советсê ие раê етостроители

разбирались с причинами аварий, " лечили" двиãатели и совершенствовали др óãие раê етные

системы, америê анцы ó спешно проводили пило-

тир ó емые полеты л ó нноãо ê омплеê са "Сат ó рн— Аполлон". 21 июля 1969 ã. америê ансê ий астро-навт Нил Армстронã стал первым человеê ом,ст ó пившим на поверхность Л ó ны.

За первым полетом ê осмичесê оãо ê омплеê са

"Сат ó рн— Аполлон" последовали еще пять ó спеш-ных эê спедиций на Л ó н ó, и в середине деê абря

1972 ã.америê анцы завершили свою Л ó нн ó ю про-ãрамм ó. Несмотря на то, что приоритет в посеще-нии Л ó ны советсê ими ê осмонавтами был ó тра-чен, попытê и зап ó сê а РН Н1— Л3 в беспилотном

варианте продолжались. След ó ющие п ó сê и, про-веденные 27 июня 1971 ã. и 23 ноября 1972 ã.,таê же заê ончились авариями. Сê азывалась инер-ция проведения оãромноãо объема промыш-

ленных работ, а таê же нежелание идеолоãов и

ó частниê ов разработê и темы Н1 признать свою

техничесêó ю несостоятельность.

Надежд ó на предстоящий ó спех связывали сиспользованием новых модернизированных

двиãателей НК -33, стендовая отработê а ê ото-

рых была завершена в ê онце 1972 ã. В ê онстр óê-цию двиãателя были внесены с ó щественные из-менения для исê лючения возãорания в насосе

оê ислителя. Кроме тоãо, была таê же обеспечена

мноãоразовость использования двиãателя. Дляпроверê и и подтверждения еãо работоспособ-ности при мноãоê ратном использовании прово-

дились оãневые испытания без съема двиãателя

со стенда. Маê симальная с ó ммарная продол- жительность циê ла таê их испытаний одноãо эê-земпляра двиãателя, проведенных в 1976 ã., со-ставила оê оло 14 000 с, что является реê ордом

для маршевых ЖРД.

Несмотря на столь впечатляющие рез ó льтаты

мноãоê ратной работы двиãателя НК -33, он

продолжал быть "вещью в себе", таê ê аê не про-ходил испытаний в составе первой ст ó пени ра-ê еты, а именно при работе в таê их ó словиях

проявлялась "аварийная с ó щность" исходноãо

варианта — двиãателя НК -15. Однаê о работы по

повышению надежности двиãателя ó же не имели

значения для выполнения основной поставлен-ной цели — опередить америê анцев в высадê ечеловеê а на поверхность Л ó ны.

Потеря аê т ó альности решения этой ê осми-чесê ой задачи была равнозначна потере востре-

бованности РН Н1, посê ольêó др óãих таê их за- дач, для выполнения ê оторых требовалась мощ-ная раê ета Н1, в тот период времени не было.Проводимые по инициативе ã лавных ê онстр óê-торов разработê и марсиансê их ê ораблей и

средств их выведения на межпланетные трассы

носили проеê тный хараê тер, для их промыш- ленной реализации время еще не пришло.

Констр óê ция раê еты Н1, в ряде своих реше-ний не ó дачная, ê середине 1970-х ãã. морально

ó старела, а дальнейшая отработê а раê еты тре-

бовала продолжительноãо времени и вложениянемалых средств (и это при неопределенности

перспеê тивы ее использования). Таê что реше-ние в мае 1974 ã. о преê ращении работ, а потом

и принятие правительственноãо постановления

в феврале 1976 ã. о заê рытии темы Н1 и списа-нии затрат имеют объеê тивные основания.

Однаê о с преê ращением работ по РН Н1разработê а в СССР сверхмощных раê ет не оê он-чилась. В 1976 ã. вышло правительственное пос-



29

7. 2015

тановление о создании раê еты сверхмощноãо

ê ласса, пол ó чившей впоследствии наименование

"Энерãия". Этот проеê т родился не на п ó стом

месте, ем ó предшествовала неординарная стра-

ница в истории отечественной раê етной техниê и.Напомним, что предложенные в эсê изном

проеê те ОКБ В.П. Гл ó шê о варианты двиãате- лей на высоê оê ипящих ê омпонентах топлива

не вошли в эсê изный проеê т РН Н1, разрабо-танный в ОКБ С.П. Королёва. Но из жизнен-ноãо опыта известно, что хороший товар всеã да

находит своеãо поêó пателя. Таê произошло и вэтом сл ó чае: представленный в эсê изном про-еê те двиãатель РД 253 нашел свое применение

в ê осмичесê ой раê ете "Протон", разработан-

ной в ОКБ В.Н. Челомея. Этот двиãатель начал летн ó ю эê спл ó атацию в 1965 ã. и, претерпев две

модернизации, до сих пор использ ó ется в со-ставе РН "Протон-М".

Казалось бы, что после ó спешноãо примене-ния отê лоненноãо ранее двиãателя В.П. Гл ó шê о

должен был пол ó чить двойное ó довлетворение:он доê азал оппонентам правильность своих

техничесê их предложений и обеспечил в период

1962—1965 ãã. разработêó двиãателя для носителя

тяжелоãо ê ласса, необходимоãо для выполне-

ния первоочередных ê осмичесê их задач. Однаê оем ó были небезразличны и рез ó льтаты разра-ботê и РН Н1.

В.П. Гл ó шê о стоял ó на ó чно-праê тичесê их

истоê ов отечественноãо раê етостроения, все

ãоды был в аванãарде проведения исследователь-сê их и опытно-ê онстр óê торсê их работ по этом ó техничесê ом ó направлению. Хотя В.П. Гл ó шê оне ó частвовал в ос ó ществлении престижноãо

для тоãо времени проеê та Н1, он ч ó вствовал себя

ответственным за на ó чно-техничесê ий про-

ãресс в раê етно-ê осмичесê ой отрасли. Он нетольê о внимательно следил за разработê ой дви-ãателей НК -15, но и предлаãал свои варианты за-мены этих двиãателей, в том числе и на двиãате-

ли РД 253 с применением в них ê ислородно-ê е-росиновоãо топлива.

Однаê о все еãо предложения не пол ó чали

поддерж ê и. К 1969 ã. В.П. Гл ó шê о ó бедился, что

двиãателю, созданном ó под еãо на ó чно-техниче-сê им р óê оводством, не найдется места в раê ете,

разрабатываемой под р óê оводством С.П.Королёва

(а после еãо смерти — В.П. Мишина). А ê оã да

первые два аварийных п ó сê а " л ó нной" раê еты

Н1— Л3 объеê тивно выявили несовершенство ее

ê онстр óê ции и неприãодность принятой мето- диê и наземной и летной отработê и двиãателей

первой ст ó пени, он принял решение разработать

нов ó ю ê онцепцию создания ê осмичесê их ра-ê ет. В ее основ ó он положил хорошо освоенн ó юметодиêó применения мод ó льных двиãателей.

Сложившаяся праê тиê а ê омплеê тования

ê аждой новой раê еты вновь разрабатываемыми

двиãателями приводила êс ó щественным затратам

времени и средств на их создание. Концепция

В.П. Гл ó шê о пред ó сматривала разработêó ó ни-

версальноãо мод ó льноãо двиãателя, ê оторый ис-польз ó ется ê аê в ê ачестве единичноãо двиãателя

ст ó пени, таê и для "связê и" двиãателей. Таê ой

мод ó льный двиãатель последовательно прохо- дит стендов ó ю, а затем и летн ó ю отработêó в со-ставе раê еты леãê оãо ê ласса, что с ó щественно

снижает стоимость еãо отработê и.

Опираясь на эт ó ê онцепцию, В.П. Гл ó шê опредложил разработать ряд ê осмичесê их раê ет

среднеãо, тяжелоãо и сверхтяжелоãо ê лассов,позволяющих решать любые перспеê тивные ê ос-

мичесê ие задачи. Эта проãрамма развития совет-сê оãо ê осмичесê оãо раê етостроения пол ó чила

поддерж êó ó политичесê оãо р óê оводства страны,и для ее реализации было орãанизовано НПО

"Энерãия", диреê тором и ãенеральным ê онст-р óê тором ê отороãо в мае 1974 ã. был назначен

В.П. Гл ó шê о.

Первой из предложенноãо ê разработê е ряда

раê ет стала дв ó хст ó пенчатая РН "Энерãия", на

первой ст ó пени ê оторой ó станавливались че-тыре мод ó льных двиãателя РД 170 тяãой ó земли

7,4 МН ê аждый. Не забыт был и принцип лет-ной отработê и мод ó льноãо двиãателя в составе

более леãê ой раê еты.

В этот период днепропетровсê ое КБ "Южное"предложило разработать раê ет ó среднеãо ê ласса

"Зенит", в ê отор ó ю ó дачно вписывался двиãа-тель РД 170. Учитывая неê оторые отличия в за-ê реплении двиãателя в ст ó пени, а таê же в ê он-стр óê ции донноãо эê рана, этот двиãатель пол ó-чил обозначение РД 171.



30

Основные параметры и хараê теристиê и двиãателей РД 170 и РД 171 праê тичесê и не от- личались и в традициях двиãателестроительной

шê олы аê адемиê а Гл ó шê о были выбраны на пре-

деле возможноãо достижения для тоãо времени.В начале 1976 ã. вышли правительственные по-

становления на разработêó РН "Энерãия" (17 фев-раля 1976 ã.) и РН "Зенит" (16 марта 1976 ã.).В этом же ãод ó в КБЭМ начались работы по со-зданию двиãателей, опережая вып ó сê КБ "Юж -ное" техничесê их заданий — на двиãатель РД 171в июне 1977 ã. и на двиãатель РД 170 в авãó сте

1977 ã. Учитывая одинаê овые техничесê ие хараê-теристиê и и аналоãичность ê онстр óê ции этих

двиãателей, приоритет в разработê е был отдан

двиãателю РД 171, таê ê аê по идеолоãии отра-ботê и мод ó льноãо двиãателя еãо летные испы-тания в составе РН "Зенит" должны были пред-шествовать летным испытаниям значительно

более тр ó доемê ой в изãотовлении РН "Энерãия".

Констр óê торы КБЭМ понимали ê аê ответ-ственность, таê и сложность решения стоящей

перед ними ãрандиозной на ó чно-техничесê ой

задачи. Оãромная тр ó доемê ость изãотовления

двиãателя не позволяла вести еãо наземн ó ю от-работêó традиционным методом испытаний эê с-

периментальных двиãателей на стенде. В связис этим вся доводê а ê онстр óê ции двиãателя была

разбита на этапы.

На первом этапе проводились на ó чно-ис-следовательсê ие работы на энерãетичесê их ó с-тановê ах , созданных с использованием матери-альной части ранее разработанных в КБЭМ

азотноê ислотных двиãателей тяãой 1 МН.

Второй этап пред ó сматривал отработêó штат-ной ê онстр óê ции аãреãатов двиãателя в составе

специальных стендовых ó становоê.

В рез ó льтате этих работ ê начал ó испытаний двиãателей были выбраны штатные варианты

ê онстр óê ции смесительных ãоловоê ê амеры и

ãазоãенератора, ó зла ê ачания, аãреãатов автома-тиê и и реãó лирования. Однаê о не представилось

возможным провести отработêó ТНА на нат ó р-ных режимах , что в дальнейшем оê азало с ó ще-ственное влияние на доводêó двиãателя.

Мноãолетняя праê тиê а создания ê оллеê ти-вом ОКБ под р óê оводством В.П. Гл ó шê о высоê о-

эффеê тивных ЖРД поê азывала, что наиболь-шие тр ó дности при доводê е ê онстр óê ции состоят

в обеспечении высоê оãо ó дельноãо имп ó льса

тяãи, надежности охлаждения ê амеры и, ã лавное,

в обеспечении ó стойчивости ãорения топливав ê амере и ãазоãенераторе. Все это было ó чтено

в процессе предварительной отработê и аãреãа-тов двиãателя.

Обычно все традиционно возниê авшие тр ó д-ности ó спешно преодолевались еще на стадии

испытаний эê спериментальных ó становоê. При

создании двиãателей РД 170 (171) сложности

возниê ли там, ã де их ниê оã да не бывало и по-этом ó ниê то не ожидал.

При первом же оãневом испытании 25 авãó ста

1980 ã. двиãатель РД 171 "сãорел" на пятой се-êó нде работы. В ходе дальнейших стендовых

испытаний таê ие аварии происходили непозво- лительно часто. При авариях выãорала либо

проточная часть насоса оê ислителя, либо траê тоê ислительноãо ãенераторноãо ãаза. Причем

большой объем сãоревшеãо металла не позволял

определить изначальное место возниê новения

возãорания, что осложняло принятие эффеê тив-ных мер для ó странения причин аварии. Отри-цательно сê азывалась и невозможность опера-

тивноãо пол ó чения информации об эффеê тив-ности вносимых изменений в ê онстр óê цию

из-за длительности изãотовления двиãателей.Кроме тоãо, в начальный период стендовой от-работê и двиãателей разрабатываемые измене-ния ê онстр óê ции не обеспечивали положитель-ноãо рез ó льтата.

В связи с создавшимся положением для оê а-зания техничесê ой помощи ê онстр óê торам

КБЭМ были подê лючены на ó чные сотр ó дниê ииз различных НИИ. Но и их предложения, ре-

ализованные в ê онстр óê ции двиãателя, не исê- лючили аварийных исходов испытаний.

В этой обстановê е несê ольê о маститых ó че-ных начали ê ампанию по дисê редитации техни-чесê ой идеи разработê и двиãателей РД 170 (171)и, соответственно, создания РН "Энерãия". Не-формальными лидерами этой ãр ó ппы были аê а-

демиê и В.С. Авд ó евсê ий и Н. Д. К ó знецов. По

их мнению, создать ê ислородно-ê еросиновый

двиãатель по схеме с дожиãанием оê ислитель-



31

7. 2015

ноãо ãаза с заявленными параметрами и хараê-теристиê ами было принципиально невозможно.Сомневался в ó спешной доводê е двиãателя и

министр МОМ С. А . Афанасьев.

Новоявленным ниãилистам противостоялаãр ó ппа ó ченых во ã лаве с В.П. Гл ó шê о. Еãо ó ве-ренность в положительном рез ó льтате разделяли

В.П. Радовсê ий, А .М. Люльê а, В.Ф. Утê ин, мо-ральн ó ю поддерж êó оê азывал министр оборо-ны Д.Ф. Устинов.

Споры противоборств ó ющих ãр ó пп порою

переходили из сферы на ó чной арãó ментации на

ê ритиêó личностей. В таê ой обстановê е решаю-щим арãó ментом моã стать тольê о фаê т создания

двиãателя или полный провал еãо разработê и.

Побед ó в этом псевдона ó чном ê онфлиê теодержала созидающая сторона. Констр óê торы

КБЭМ с ó частием оê азывающих помощь на ó ч-ных сотр ó дниê ов НИИ с ó мели определить объ-еê тивные техничесê ие причины возãорания ма-териалов в оê ислительном насосе и траê те ãене-раторноãо ãаза и принять эффеê тивные меры.

Возãорание вн ó три двиãателя возниê ало по

след ó ющим причинам:в проточной части насоса оê ислителя —из-за

выделения теплоты вследствие несанê циони-

рованноãо трения неподвижных и вращающихся деталей или попадания в зазоры межд ó ними

инородных металличесê их частиц;в траê те ãенераторноãо ãаза — из-за высоê их

температ ó р поверхностей деталей, омываемых

оê ислительным ãазом.

В соответствии с этим были приняты сле- д ó ющие меры.

По насос ó оê ислителя:ãарантированное исê лючение трения межд ó

подвижными и неподвижными деталями во

всем диапазоне перемещения элементов насосаот воздействия осевой силы или вибраций ê он-стр óê ции;

исê лючение попадания в ê ислородный траê тинородных металличесê их частиц п ó тем ó ста-новê и на входе в маãистраль оê ислителя мелê о-

ячеистоãо сетчатоãо фильтра;снижение ó ровня вибраций ê онстр óê ции

ТНА п ó тем тщательной балансировê и вращаю-щихся деталей.

По траê т ó ãенераторноãо ãаза:

снижение поверхностной температ ó ры вн ó т-ренних деталей траê та п ó тем введения допол-нительноãо охлаждения теплонапряженных

ó частê ов;повышение стойê ости ê возãоранию за счет

применения жаростойê их материалов и специ-альных поê рытий.

Изложенные здесь в обобщенном виде меры

по ó странению возãорания были воплощены в

ê онстр óê цию и внедрялись последовательно,их эффеê тивность проверялась и подтвержда-

лась проведением мноãочисленных оãневых ис-пытаний двиãателей.

Итоãом этих работ стало ó спешное проведе-ние 1 деê абря 1984 ã. на стенде НИИхиммаш ис-пытания двиãателя РД 171 в составе первой ст ó-пени РН "Зенит", а 13 апреля 1985 ã. состоялся

первый ó спешный п ó сê этой раê еты.

Работы по повышению надежности двиãателя

РД 170 в соответствии с принятой ê онцепцией

еãо отработê и продолжались, набиралась поло- жительная статистиê а стендовых оãневых ис-пытаний.

В ноябре 1985 ã. состоялось стендовое испы-

тание этоãо двиãателя в составе блоê а А РН"Энерãия", а 15 мая 1987 ã. — первый ó спешный

п ó сê РН "Энерãия" с четырьмя двиãателями

РД 170 на первой ст ó пени. Наземная отработê а двиãателя РД 170 была полностью завершена.

Совершив беã лый обзор ó словий и особен-ностей разработê и двиãателей НК -15, НК -33 и

РД 170 (171), вернемся ê основном ó вопрос ó:было ли заимствование техничесê их решений

из ê онстр óê ции двиãателей НК -33 в двиãатели

РД 170 (171)?

Временна ´ я последовательность разработê иэтих двиãателей таê ова: ТЗ на двиãатель НК -15выдано в 1962 ã., завершающие наземн ó ю отра-ботêó МВИ двиãателя НК -33 проведены в 1972 ã.;ТЗ на двиãатели РД 170 (171) выданы в 1977 ã.,ОСИ двиãателя РД 171 в составе ст ó пени прове-

дено в 1984 ã. Это позволяет поставить вопрос

о заимствовании ê онстр óê ции, но для пол ó че-ния положительноãо или отрицательноãо ответа

треб ó ется рассмотреть ê онстр óê цию основных



32

аãреãатов и техничесê ие хараê теристиê и ê аж - доãо из сравниваемых двиãателей.

Вначале отметим, что есть общеãо ó этих дви-ãателей. Они являются маршевыми ЖРД первых

ст ó пеней мощных РН, работают на ê ислород-но-ê еросиновом топливе с дожиãанием оê исли-тельноãо ãенераторноãо ãаза в ê амере сãорания.

Приведенные хараê теристиê и свидетельст-в ó ют о наличии с ó щественных отличий ó этих

двиãателей.

Двиãатель НК -33 — одноê амерный; тяãа на

земле 1,54 МН, тяãа в п ó стоте 1,71 МН; давле-ние в ê амере 148 атм, ó дельный имп ó льс тяãи на

земле 297 с; ó дельный имп ó льс тяãи в п ó стоте

331 с, масса (с ó хая) 1240 êã; диаметр 1490,5 мм;

высота 3705 мм. Двиãатель РД 171 — четырех ê амерный, с дв ó-

мя ãазоãенераторами и одним ТНА ; тяãа на земле

7,40 МН; в п ó стоте 8,06 МН; давление в ê амере

250 атм; ó дельный имп ó льс тяãи на земле 309 с; ó дельный имп ó льс тяãи в п ó стоте 337 с; масса

(с ó хая) 9,5 т; диаметр 4150 мм; высота 3565 мм.

Имеются отличия и в ê онстр óê тивном ис-полнении основных аãреãатов двиãателей.

Рассмотрим хараê терные особенности их

ê онстр óê ции.

Основными отличиями ê амер двиãателейНК -33 и РД 170 (171) является орãанизация

смесеобразования, меры по обеспечению ó стой-чивоãо ãорения, орãанизация охлаждения ê ор-п ó са ê амеры и сопла, а таê же иные особенности

ê онстр óê ции.В смесительной ãоловê е ê амеры двиãателя

НК -33 ó становлены одноê омпонентные фор-с ó нê и: центробежные по ãорючем ó и стр ó йные —тр ó бчатоãо типа с дозир ó ющим жиê лером — по

оê ислительном ó ãаз ó. Устойчивость рабочеãо

процесса обеспечивается ãазовыми форс ó нê ами,образ ó ющими эффеê тивный аêó стичесê ий по-ã лотитель, что позволяет ос ó ществлять надежное

демпфирование возниê ающих высоê очастот-ных ê олебаний давления.

Охлаждение ê амеры выполнено в традици-онном для ЖРД варианте — ãорючее подается

от сопла ê смесительной ãоловê е.

Камера и весь двиãатель жестê о ê репятся ê бортовом ó шпанãо ó т ó.

В смесительной ãоловê е ê амеры двиãателя

РД 171 ó становлены дв ó х ê омпонентные ãа-зо- жидê остные форс ó нê и вн ó треннеãо смеше-ния. Для обеспечения ó стойчивоãо ãорения был

применен известный в раê етном двиãателестрое-нии метод разделения зоны смесеобразования ивоспламенения топлива на лоê альные объемы

п ó тем введения разделительных переãородоê.Их роль выполняют соединенные по цилинд-ричесê ой образ ó ющей ó длиненные, охлаждаемые

ãорючим дв ó х ê омпонентные форс ó нê и. Зона

смесеобразования разделена переãородê ами на

семь частей: вн ó тренняя оê р ó жность и шесть

сеê торов, образованных ó становленными в ради-альном направлении ó длиненными форс ó нê ами.

Нар ó жное охлаждение ê амеры орãанизованотаê, что в наиболее теплонапряженные места

охлаждающее ãорючее пост ó пает с пониженной

температ ó рой.

Управление веê тором тяãи двиãателя ос ó ще-ствляется ê ачанием ê аждой ê амеры блаãодаря

ó ниê альной ê онстр óê ции ãазовода межд ó ста-тором т ó рбины и ãоловê ой ê амеры.

Газоãенератор двиãателя НК -33 имеет ци- линдричесêó ю форм ó, он дв ó хзонный, с цент-ральным подводом основноãо ê омпонента,

смесительная ãоловê а оснащена одноê омпонент-ными форс ó нê ами и антип ó льсационными ох - лаждаемыми переãородê ами ("ê рылышê ами").

Газоãенератор двиãателя РД 171 выполнен втрадиционной для НПО Энерãомаш сферичесê ой

форме силовоãо ê онт ó ра, в однозонном варианте, дв ó х ê омпонентные форс ó нê и имеют óã л ó блен-н ó ю зон ó вн ó треннеãо смешения.

Особенностью ê онстр óê ции ТНА двиãателя

НК -33 являются дв ó х ê асê адные встроенные в

ê орп ó са основных насосов шнеê овые предна-

сосы с ãидравличесê ими приводами. Таê ая ê ом-поновê а позволила соê ратить ãабаритные раз-меры и снизить масс ó ТНА .

В двиãателе РД 171 ТНА таê же имеются шне-ê овые преднасосы с приводом от ãидрот ó рбин.Преднасосы выполнены в автономном варианте,что в отличие от встроенных позволяет вести

раздельн ó ю стендов ó ю отработêó ãидравличе-сê их хараê теристиê ê аê основных насосов, таê и преднасосов. Это соê ращает время отработê и



33

7. 2015

и потребное для этоãо ê оличество материаль-ной части.

Зап ó сê двиãателя НК -33 ос ó ществляется рас-ê р ó тê ой ТНА специальной пороховой т ó рбиной,

зажиãание топлива обеспечивается элеê тропиро-запальным ó стройством.

Двиãатель РД 171 зап ó сê ается при "самотеê е"ê омпонентов топлива, ê оторые зажиãаются от

п ó сê овоãо ãорючеãо, находящеãося в специаль-ных амп ó лах .

Приведенные техничесê ие хараê теристиê ии особенности ê онстр óê ции двиãателей НК -33и РД 170 (171) наã лядно свидетельств ó ют о раз-

личиях в их ê онстр óê тивном исполнении.

Однаê о след ó ет отметить, что в ê онстр óê ции

смесительной ãоловê и ê амеры двиãателейРД 170 (171) по предложению на ó чноãо сотр ó д-ниê а ЦИАМ доê тора техничесê их на óê В.Е. До-рошенê о применен способ поã лощения ê олеба-ний давления в ê амере с помощью ãазовых форс ó-ноê. Этот способ стал дополнительным средством

ê имеющимся разделительным переãородê ам.

Учитывая, что ранее при разработê е в ОКБ

В.П. Гл ó шê о праê тичесê и всех двиãателей при-ходилось бороться с возниê новением ВЧ-ê оле-баний давления, на этот раз решили подстрахо-

ваться и пост ó пить в соответствии с народнойм ó дростью: "ê аш ó маслом не испортишь". И дей-ствительно, при проведении испытаний двиãате-

лей РД 170 (171) сл ó чаев не ó стойчивоãо ãорения

топлива в ê амерах не отмечалось.

Посê ольêó таê ой же способ демпфирования

ê олебаний давления был ó спешно реализован ив двиãателе НК -33, есть формальные основания

считать, что заимствование ê онстр óê торсê оãо

решения налицо. Но имеет ли это решение эê с-ê люзивный хараê тер, пол ó ченный при разра-

ботê е двиãателя НК -33?Идея демпфирования ê олебаний давления в

ê амерах и ãазоãенераторах с помощью аêó стиче-сê их поã лотителей известна давно. По реê омен- дациям работниê ов НИИТП в середине 1960-х ãã.этот способ пытались применить в КБЭМ для

ó странения ê олебаний давления в восстанови-тельном ãазоãенераторе двиãателя РД 252. Тоã да

работы были преê ращены на начальной стадии

проведения стендовых испытаний эê сперимен-

тальных двиãателей в связи с внедрением более

простоãо способа. О применении подобной ê он-стр óê ции в др óãих отечественных двиãательных

ОКБ сведений не имеется. Таê что эта техниче-

сê ая идея впервые была полностью реализованав ê онстр óê ции двиãателя НК -33, а затем и в дви-ãателях РД 170 (171). Считать ли это заимство-ванием — дело читателя.

Излож ó свое отношение ê вопрос ó заимст-вования. Установлено, что в ê онстр óê ции дви-ãателей РД 170 (171) использована техничесê ая

идея, ранее реализованная в двиãателе НК -33.Но эта ê онстр óê ция была предложена В.Е. До-рошенê о на стадии отработê и ê амеры в составе

эê спериментальных стендовых ó становоê, и я не

встречал ó поминания работниê ами ЦИАМ о при-менении принципа аêó стичесê оãо поã лотителя

в смесительной ãоловê е двиãателей РД 170 (171)ê аê заимствования ê онстр óê ции двиãателя

НК -33. Обычно работниê и этоãо и др óãих НИИ

ó поминают о своем ó частии в ó спешном реше-нии наиболее острой техничесê ой проблемы,возниê шей в процессе доводê и двиãателей

РД 170 (171), — ó странении причин возãорае-мости в этих двиãателях . Повторю еще раз, что

их ó частие, без ó словно, имело положительный

эффеê т. Но возниê ает встречный вопрос — по-чем ó же они, имеющие, по их сеãодняшним вос-поминаниям, опыт ó странения причин аналоãич-ных возãораний в насосе оê ислителя двиãателя

НК -15, не передали еãо ê онстр óê торам КБЭМ?И почем ó сп ó стя 10 лет после оê ончания разра-ботê и надежноãо двиãателя НК -33 ê онстр óê то-ры КБЭМ с ó частием на ó чной элиты раê етноãо

двиãателестроения продолжили наст ó пать на

те же "ãрабли"?

О ê онстр óê ции и хараê теристиê ах ЖРД, раз-

рабатываемых в ОКБ Н. Д. К ó знецова для РН Н1,в КБЭМ было известно в общих чертах , о мо-

дернизации этих двиãателей после аварийных

п ó сê ов раê еты тольê о слышали, а после преê ра-щения работ по РН Н1 и орãанизации НПО

"Энерãия" о них вообще забыли. Успешный опыт

создания в 1962—1976 ãã. двиãателей РД 253,РД 264, РД 268 тяãой 1...1,5 НМ, а таê же неê ото-рый приобретенный опыт разработê и в течение

1963—1969 ãã. ê р ó пномасштабноãо двиãателя



34

РД 270 тяãой 6,4 МН вселяли ó веренность в ó с-пешном завершении работ по созданию очеред-ных новых двиãателей.

Однаê о размеры и техничесê ие хараê терис-

тиê и этих двиãателей вызвали необходимость ре-шения новой техничесê ой проблемы, связанной

с использованием жидê оãо ê ислорода, масштаб-ностью аãреãатов, в перв ó ю очередь ТНА с еãо по-вышенной виброаê тивностью и сê лонностью ê возãораемости, с высоê ой химичесê ой аê тив-ностью при температ ó ре 550 °С оê ислительноãо

ãенераторноãо ãаза и рядом др óãих фаê торов.

Для обеспечения работоспособности двиãате- лей НК -15, НК -33 и РД 170 (171) было затрачено

с ó щественно больше времени и средств, чем пла-

нировалось. Неблаãопол ó чно было и с на ó чно-методичесê им сопровождением их разработê и.

О чем я сейчас исê ренне сожалею (правда,это ч ó вство пришло сп ó стя мноãо лет после из-

лаãаемых событий), таê это об отс ó тствии под-робной техничесê ой информации о модерни-зации двиãателя НК -15. По воспоминаниям

ó частниê ов этих работ, ê онстр óê ция двиãателя

НК -15 подверã лась с ó щественным изменениям,а ТНА был полностью переделан, что обеспечило

надежн ó ю работ ó модернизированноãо двиãа-

теля, пол ó чившеãо обозначение НК -33.Считаю серьезным ó п ó щением отраслевых

НИИ, в перв ó ю очередь ЦИАМ, что опыт отра-ботê и двиãателя НК -33 не был обобщен и не

был вып ó щен на ó чно-техничесê ий отчет с под-робным изложением анализа причин возãора-ния ТНА и описанием ê онê ретных ê онстр óê-торсê их мер по их ó странению. Уверен, что та-ê ой отчет оê азал бы с ó щественн ó ю помощь в

отработê е двиãателей РД 170 (171).

С сожалением приходится ê онстатировать,

что нет таê оãо отчета и по отработê е двиãателейРД 170 (171). В настоящее время вып ó сê таê их

отчетов праê тичесê и невозможен. А они были

бы очень полезны для ê онстр óê торов б ó д ó щих

мощных ЖРД, в ê оторых в ê ачестве оê ислителя

использ ó ется жидê ий ê ислород. Кроме помощи

в создании б ó д ó щих ЖРД эти отчеты стали бы

доêó ментальной основой для ответа на вопрос:было ли заимствование ê онстр óê торсê их реше-ний двиãателя НК -33 в ê онстр óê ции РД 170 (171)

и если да, то ê аê ие ê онстр óê ции были заим-ствованы?

В связи с отс ó тствием отчетов для ответа на

поставленные вопросы обратимся ê лоãичесê о-

м ó анализ ó сит ó ации.Посê ольêó с ê онстр óê торсê ой доêó мента-

цией двиãателей НК -15 и НК -33 в период раз-работê и двиãателей РД 170 (171) ê онстр óê торы

КБЭМ не были знаê омы, и это является объеê-тивным фаê том, нет ниê аê их оснований ó тверж -

дать о заимствовании ими ê аê их - либо ê онст-р óê торсê их решений.

Др óãой стороной этоãо же вопроса является

использование ê онстр óê торами КБЭМ техни-чесê их советов и на ó чных ê онс ó льтаций работ-

ниê ов НИИ, основанных на опыте отработê и двиãателя НК -33. Посê ольêó внедрение в ê он-стр óê цию ТНА двиãателей РД 170 (171) предло-

жений работниê ов НИИ ниã де не зафиê сиро-вано, остается использовать метод эê спертной

оценê и. По таê ой оценê е, проведенной ó част-в ó ющими в разработê е двиãателей РД 170 (171)ê онстр óê торами КБЭМ, помощь работниê ов

НИИ выã лядит след ó ющим образом:

в ó странении причин возãорания в насосе

оê ислителя ê оличество и значимость реализо-

ванных предложений работниê ов НИИ нес ó-щественны;

в обеспечении работоспособности траê та

ãенераторноãо ãаза вê лад работниê ов НИИТП

с ó щественен. С их ó частием был составлен по-следовательный ряд металлов по степени их

стойê ости ê возãоранию в ê ислородной среде.Выбранные металлы и поê рытия затем прошли

проверêó на специальной эê спериментальной

ó становê е. Но эти работы не базировались на

опыте отработê и ê онстр óê ции двиãателя НК -33,

таê ê аê ó этоãо двиãателя температ ó ра ãенера-торноãо ãаза составляла 385 °С и не вызывала

возãорания.

Констр óê торы НПО Энерãомаш, ó частвовав-шие в создании двиãателей РД 170 (171), с бла-ãодарностью вспоминают работниê ов НИИ,ê оторые оê азывали им помощь. Но основная

тяжесть в отработê е двиãателей леã ла на их соб-ственные плечи. И они достойно завершили по-р ó ченное им дело.



35

7. 2015

УДК 629.7

—ÏÓÚÊËÓ д ̄ ıÁÚËÊ¯ ÁÓËÏ¯˙¯˝˝˜‰ÁÊÁÚ¯˙ —Õ” ˝ÍÎÍ д ̄ ˝Ê√ ¬¯ÁÎÊÔÓÚ˝˜‰Ô¯ÚÍÚ¯ÔÒ˝˜‰ ÍÎÎÍÏÍÚÓË ÎÏÓÚÊË˝ÊˆÍ

¤.fi . ∆Ó ˙ÌÚ¯ı˝


арастающее ó частие беспилотных летательных аппаратов (БЛА ) воен-ноãо назначения в силах возд ó шноãо нападения (СВН) оê азывает с ó-щественное влияние на формирование ê ачественноãо и ê оличест-

венноãо состава современных систем ПВО. От ó ровня этоãо состава зависит

эффеê тивность противодействия систем ПВО нападению БЛА противниê а.Проанализир ó ем данн ó ю проблематиêó на примере ПВО США и Израиля.

При этом под БЛА военноãо назначения имеются в вид ó БЛА , выполняю-щие ó дарные ф ó нê ции, разведывательные ф ó нê ции,ф ó нê ции обеспечения [1, 2].

В свою очередь, БЛА , выполняющие ó дарные ф ó нê ции, делятся на одно- разовые и мноãоразовые (самолетноãо типа, вертолетноãо типа, ê онверто-планы). БЛА , выполняющие разведывательные ф ó нê ции, делятся на страте-ãичесêие (высотные (HALE (High-Altitude-Long-Endurance — высотный БЛА

с большой продолжительностью полета) — высота полета 12 200...19 800 м, длительность более 24 ч) и средневысотные (MALE (Medium-Altitude-Long-Endurannce — средневысотный БЛА с большой продолжительностьюполета) — высота полета 6100...12 200 м, длительность более 24 ч) и таêти-чесêие (ближнеãо ради ó са действия (CR (Close Range)): миниатюрные (Micro)и малоãабаритные (Mini); среднеãо ради ó са действия (MR (Medium

Анализир óются предпосылêи боевой ãотовности современных систем ПВО войсê иобъеêтов США и Израиля ê отражению атаêи боевых БЛА противниêа для обеспече-

ния эффеêтивноãо приê рытия войсê и объеêтов, êаê в óсловиях поля боя,таê и в óсло-виях театра военных действий, на основе данных о боевой эффеêтивности БЛА про-

тивниêа в составе сил возд óшноãо нападения.

Ключевые слова: боевая операция БЛА противниêа; зап óсê и спасение; полет по маршр óт ó; аппарат ó рное обеспечение борта БЛА; эффеêтивность поисêа и наблюде-ния; бортовое элеêтронное обор óдование БЛА; средства обнар óжения и противодей-

ствия БЛА противниêа.

K.G. Bomstein. The Counter Effort Of The Modern Air Defense Systems AgainstThe Enemy UAVs Attack

The pre-requisites of military operational readiness of the modern systems of the Army Air Defense and the Local Air Defense of the USA and the Israel to the defeat of an attack of the enemyUCAVs for affording effective protection of friendly military forces and assets both in conditionsof the battle field and the theatre of war operations based on the enemy UAV combat effectivenessdata on the strength of the Air Assault Forces were analyzed.

Key words:enemy UAV

military mission; launching and rescue; en-route flight; UAV airbornehardware; search and surveillance effectiveness; UAV airborne avionics; facilities for warning

and counter effort against enemy UAV.

Н

БОМШТЕЙНКалман Гриãорьевич —

старший на ó чныйсотр ó дниê Мосê овсê оãо авиационноãо инстит ó та

(национальноãоисследовательсê оãо

ó ниверситета),ê андидат техн. на óê



36

Range)): самолетноãо типа и вертолетноãо типа;малоãо ради ó са действия (SR (Small Range)): са-молетноãо типа и вертолетноãо типа. БЛА , вы-полняющие ф ó нê ции обеспечения, делятся на

имитаторы, целевые платформы и транспорт-ные платформы.

Мноãообразие БЛА военноãо назначения

треб ó ет при формировании систем противодей-ствия таê им ЛА противниê а в составе националь-ных ПВО ó чета специфичесê их особенностей

их боевоãо применения, оптимальноãо подборасоответств ó ющих техничесê их хараê теристиê систем противодействия, а таê же оператив-но-таê тичесê оãо подхода ê оценê е СВН.

США . В начале 1990-х в США наряд ó с раз-работê ой новых БЛА военноãо назначения на-чались исследования, направленные на разра-ботêó средств противодействия БЛА противниê а[3, 4]. В центре этих исследований —разработê атребований ê системе ПВО войсê, ê оторые ãа-рантир ó ют противодействие и выведение БЛА

противниê а из строя. Эти требования должныбыть основаны на анализе óãроз, создаваемых

БЛА противниê а при ос ó ществлении им широ-ê оãо спеê тра боевых операций, б ó дь то ó дарная

операция, разведывательная операция или опе-рация по обеспечению. Анализ óãроз проводитсяна основе рассмотрения след ó ющих этапов опе-рации БЛА противниê а: зап óсê и спасение,полет по маршр óт ó, поисê и наблюдение, переда-ча информации, атаêа.

Анализ эê спл ó атационных возможностейБЛА противниê а на ê аждом из этих этапов позво-

ляет выявить ó язвимые элементы систем БЛА ,что б ó дет способствовать выработê е мер по срыв ó боевой операции противниê а силами ПВО про-тивоположной стороны. Для ê аждоãо этапаможно построить матриц ó мер по срыв ó боевойоперации противниêа силами ПВО . Стр óê т ó р ó исодержание таê ой матрицы в ê ачестве примера

можно представить для дв ó х первых этапов бое-вой операции БЛА противниê а (табл. 1) [3].

Таблица 1Матрица мер по срывó боевой операции БЛА противниê а силами ПВО

на этапах их запó сê а и спасения, а таê же их полета по маршрó тó

Этапы боевой операции БЛА

противниê а

1. Предпосылê а выполнения задачи ПВО

2. Срыв боевой операции БЛА противниê а

3. Проблемы, ê оторые предстоит решить

Зап ó сêи спасение

Обнар ó жение современными средствами разведê и, вê лючая ê осмичесê ие, стартовых позиций БЛА про-тивниê а (стартовые позиции (СП) таê тичесê их БЛА моãó т располаãаться почти в любой точê е зоны бое-вых действий; СП БЛА дальнеãо ради ó са действия, ê аê правило, значительно смещены от линии распо- ложения передовых подразделений в ã л ó бин ó тыла противниê а)

Атаê а наземными и возд ó шными средствами ПВО СП БЛА противниê а (наземные элементы обеспечения боевых операций БЛА дальнеãо ради ó са противниê а, часто расположенные рядом со СП, слабо защище-ны и весьма ó язвимы для артиллерии, раê ет «поверхность-поверхность», истребительной авиации)

Обнар ó жение СП автономных БЛА противниê а, для ê оторых не треб ó ется наземная стационарная стан-ция ó правления, затр ó днительно, посê ольêó их СП мобильна. Например, мноãие ó дарные БЛА США за-п ó сê аются с борта истребителей или шт ó рмовиê ов

Полет по маршр ó т ó

Установление современными средствами разведê и параметров полета БЛА противниê а по ряд ó призна-ê ов ( для траеê тории полета хараê терно отс ó тствие обтеê ания рельефа, отс ó тствие способности маневри-рования, относительно малые сê орости полета, для эффеê тивноãо воздействия БЛА противниê а на цели противоположной стороны треб ó ется пролетать на меньшей ó даленности от целей по сравнению с этой величиной для пилотир ó емых ЛА )

Атаê а наземными и возд ó шными средствами ПВО противоположной стороны БЛА противниê а

Не вполне надежное обнар ó жение ê омандной линии связи летящеãо БЛА противниê а с КНУ (ê омплеê с наземноãо ó правления) и линии передачи данных , а таê же не вполне надежное воздействие на эти линии средств РЭБ (радиоэлеê тронной борьбы). Это объясняется возможностью обеспечить целев ó ю навиãа-цию БЛА противниê а за счет предварительно запроãраммированной траеê тории полета или п ó тем ис-пользования привязной линии связи (например, с помощью ê абеля оптоволоê онной связи), что не вызо-вет необходимость использовать противниê ом обнар ó живаемые радиочастотные передачи информации,а таê же применением ê омбинаций ряда др óãих способов



37

7. 2015

При проведении анализа эê спл ó атационных

возможностей БЛА противниê а на этапе поисêаи наблюдения особое внимание было ó делено аппа-рат ó рной оснащенности борта, таê ê аê потенциа-

лом наблюдательной аппарат ó ры БЛА противниê аопределяется óãроза наземным войсê ам противо-положной стороны. Численное значение таê ой

óãрозы хараê териз ó ется маê симальным расстоя-нием до атаêó емых наземных сил, пол ó чившим

название недоп óстимое сближение (the keep-outrange). Эта хараê теристиê а, определяющая ó язви-мость наземных сил, ó величивается по мере ó ве-

личения ради ó са эффеê тивности бортовой аппа-рат ó ры. Однаê о ó величение этоãо ради ó са дости-

ãается за счет неê отороãо ê омпромисса межд ó массой треб ó емой аппарат ó ры и соответств ó ю-щими затратами, что след ó ет ó читывать при

анализе óãрозы, создаваемой БЛА противниê а.

Оценêó эффеê тивности аппарат ó рноãо обес-печения борта БЛА противниê а применительно

ê пяти системам (система оптичесêих датчиêов,

инфраê расная система датчиêов переднеãо обзора,

система датчиêов радиочастотноãо перехвата,

лазерный дальномер, бортовая радиолоêационная

система ) можно провести с помощью матрицы

эффеê тивности аппарат ó рноãо обеспеченияборта БЛА (табл. 2) [3]. Эта оценê а сл ó жит пред-посылê ой для выработê и противоположной

стороной мер противодействия БЛА противни-ê а с помощью систем ПВО войсê и объеê тов.

Переходя ê анализ ó эê спл ó атационных воз-можностей боевоãо БЛА противниê а на этапе

передачи информации, след ó ет ó читывать наличие

ã лавным образом дв ó х типов не ó дарных БЛА :БЛА первоãо типа обеспечены линией передачи

информации в реальном масштабе времени,БЛА второãо типа таê ой линии не имеют, хотя оба

типа БЛА представляют óãроз ó для наземных сил

противоположной стороны. Однаê о óãрозы, со-

здаваемые ê аждым типом БЛА , имеют различ-ный хараê тер. БЛА первоãо типа создает óãроз ó наземным силам противоположной стороны, ê аê тольê о БЛА противниê а приближается ê эффеê-тивном ó ради ó с ó действия датчиê ов еãо систем,а затем обеспечивает слежение за наземнымисилами противоположной стороны на большой

протяженности.

По мере ó величения длительности ф ó нê цио-нирования БЛА первоãо типа эффеê тивностьатаê и противниê а, основанная на информации

в реальном масштабе времени, возрастает, таê ê аê непрерывное наблюдение за целями проти-воположной стороны позволяет ê орреê тировать

оãонь и оценивать рез ó льтат атаê и. БЛА второãотипа доставляет противниêó оперативн ó ю ин-формацию после возвращения на баз ó против-ниê а.

Эффеê тивность таê ой информации может

оê азаться незначительной, если наземные силыпротивоположной стороны достаточно мобиль-ны. Вот почем ó важно распознать тип не ó дарноãо

БЛА противниê а для принятия ответных мер

противоположной стороной в ó зê ом временноминтервале ó язвимости наземных сил, обнар ó-

женных системами датчиê ов БЛА противниê а.

Наê онец, этап атаêи БЛА противниê а для

выработê и мер противодействия можно про-анализировать с помощью матрицы еãо боевой

эффеê тивности (табл. 3) [3].

Формирование ПВО войсê по противодействиюи выведению из строя боевых БЛА противниê апроводится исходя из совоêó пности оператив-но-таê тичесê их требований, основанных на

след ó ющих фаê торах : данных разведê и;соотношении ф ó нê ции ПВО неê оторой об-

ласти и ф ó нê ции ПВО отдельных объеê тов;

потенциальных возможностях войсê овых сис-тем поисê а и наблюдения (радиолоê ационных систем, оптичесê их систем, систем FLIR, сис-тем инфраê расных датчиê ов поисê а и слежения(Infrared Search and Track (ISRT), пассивных

систем радиочастотноãо перехвата);

Главные требования ê системе ПВО войсê и объеê тов

Е äинствосистеìы ПВО

войск и объектов

Способностüсистеìы вестиэффективну þ

борüбу со всеìитипаìи СВН

Постояннаяãотовностüк отражениþ

внезапных у äароввоз ä у øноãопротивника

Высокаяìоби ëüностü

Cпособностüк непрерывноì у

прикрытиþвойск

Устой÷ивостü систеìы ПВОв ус ëовиях коìп ëексноãопо äав ëения противникоì

Cпособностüфунк öионироватü

в реа ëüноììасøтабе вреìени

Возìожностüинтеãраöии

Cпособностü отражатü

Способностü к отражениþ у äаров СВН в ëþбое вреì я

суток , в раз ëи÷ных

Cистеìa ПВОвойск

и объектов

с систеìаìии сре äстваìи

äру ãих ви äов ВСи ро äов войск

ìассированные у äары воз ä у øноãо

противника

поãо äных ус ëовиях





39

7. 2015

обобщении информации, пол ó ченной с по-мощью датчиê ов различных систем;

потенциале оãневых и радиотехничесê их средств подавления БЛА противниê а систем ПВО.

Хотя действие системы ор ó жия противодей-ствия БЛА противниê а должно быть эффеê тив-ным против мноãих типов БЛА ,точная разведы-

вательная информация позволит с ó зить спеê тр

хараê теристиê БЛА противниê а, с ê оторыми

предстоит бороться в данном районе или на оп-ределенном театре военных действий в разви-вающемся военном ê онфлиê те.

Отсюда след ó ет требование мод ó льности ê аê

систем датчиê ов, таê и систем ор ó жия, что по-зволит адаптироваться ê хараê тер ó óãрозы, со-здаваемой БЛА противниê а, и ó силит эффеê-тивность системы противодействия. В сил ó ин-теãрационноãо хараê тера мод ó льность системы

способств ó ет совоêó пном ó повышению вероят-ности обнар ó жения цели и расширению сеê тора

поражения целей.

Тр ó дно решаемым вопросом является переход

от ПВО отдельной области êПВО отдельных объ-еêтов. Различие этих систем заê лючается в на-

значении и мобильности боевых систем, реали-з ó ющих противодействие БЛА противниê а.ПВО отдельной области предназначена для за-щиты от действий БЛА противниê а, нацелен-ных на боевые п ó сê овые ó становê и типа амери-ê ансê ой системы ПВО — ЗРК Patriot, ê р ó пные

базы военно-транспортной техниê и, ê омандные

п ó нê ты и п ó нê ты ó правления. ПВО отдельных

объеê тов предназначена для защиты сильно рас-средоточенных и весьма мобильных объеê тов.

При орãанизации ПВО отдельной области,направленной на противодействие БЛА про-

тивниê а, возниê ают тр ó дности, вызванныеприс ó щей этим БЛА слабой наблюдаемостью.Обнар ó жение их на большом расстоянии можноос ó ществить тольê о с помощью мощных радио-

лоê ационных ó становоê. Эти системы весьма дороãостоящи, относительно слабо мобильны ис большой вероятностью моãó т потребовать соб-ственноãо возд ó шноãо приê рытия от нападенияБЛА противниê а. Эти тр ó дности ó с óãó бляются

тем обстоятельством, что обнар ó жение БЛА про-тивниê а на большом расстоянии подраз ó мевает

высоêó ю мобильность систем ор ó жия высоê ойбоевой эффеê тивности противодействия БЛА

противниê а вместе с защищаемыми мобильны-ми войсê ами противоположной стороны.

Оценêó потенциальных возможностей войс-ê овых систем поисê а и наблюдения (радиоло-ê ационных систем, оптичесê их систем, системFLIR, систем инфраê расных датчиê ов поисê а и

слежения (Infrared Search and Track (ISRT)), пас-сивных систем радиочастотноãо перехвата) можно

проиллюстрировать на примере неê оторых ра- диолоê ационных систем с помощью матрицы,

представленной в табл. 4 [3]. Оценêó остальных менее эффеê тивных систем поисê а и наблюденияможно провести с помощью матрицы, пред-ставленной в табл. 5 [3].

На основании анализа обобщения информа-ции, пол ó чаемой с помощью датчиê ов различных систем, можно прийти ê вывод ó, что эффеê тив-ная система противодействия атаê е БЛА про-тивниê а должна быть оснащена ê аê пассивными,таê и аê тивными датчиê ами, а таê же должна

Таблица 3Матрица боевой эффеê тивности БЛА противниê а

Хараê теристиê и атаê и

Тип БЛА

Не ó дарные БЛА Ударные БЛА

Цель атаê и Постановê а помех системам датчиê ов и системам связи наземных сил противопо- ложной стороны

Обеспечение в реальном масштабе времени данных о дислоê ации на-земных сил противоположной сто-роны или формирование целе óê аза-ния для оãневых средств противниê а

Непосредственная ата-ê а наземных целей при необходимости маê си-мальноãо сближения с атаêó емой целью

Ради ó с боевой эффеê тивности атаê и

Эффеê тивная постановê а помех возможна на расстоянии, ê оторое зависит от ó ровня оснащенности бортовым радиоэлеê трон-ным обор ó дованием(БРЭО)

Разведывательный БЛА может обес-печивать точное целе óê азание, оп-ределяемое типом БРЭО

Определяется типом ó дарноãо ор ó жия



40

быть способна передавать и пол ó чать данные

датчиê ов др óãих систем, вê лючая носители сис-тем ор ó жия ПВО. В систем ó противодействия

атаê е БЛА противниê а должны входить высоê омобильные элементы, способные обеспечить

боевое приê рытие др óãих наземных подразде- лений от атаê и БЛА противниê а.

Мод ó льный подход при формировании сис-тем датчиê ов и систем ор ó жия с ó четом требова-ния стоимостной эффеê тивности последних

должен способствовать ê орреê тном ó построению

систем противодействия атаê е БЛА противниê а,

создающей наибольш ó ю óãроз ó силам противо-положной стороны [5].При рассмотрении систем ор ó жия противо-

действия атаê е БЛА противниê а наряд ó со штат-ными системами ор ó жия ПВО войсê военнымиспециалистами США анализировалась п ó тем

ê омпьютерноãо моделирования возможностьприменения высоê оточноãо ãиперзв óê овоãо ор ó-

жия для поражения БЛА противниê а [3].В настоящее время централизованное ó п-

равление разработê ой, ó совершенствованием и

модернизацией всех систем ПВО Армии США

ос ó ществляется Единым проãраммно-исполни-тельным орãаном (PEO — Program Executive Of-fice) [5, 6]. Этим орãаном пред ó смотрена строãаястр óê т ó ризация проведения работ по след ó ющим

направлениям: системы датчиê ов, п ó сê овые ó становê и, раê еты, система Управления боевы-ми действиями в форме совоêó пности систем

Командования, Управления, Связи, Вычисли-тельных ê омплеê сов и Разведê и (Battle Manage-ment Command, Control, Communication, Com-puters and Intelligence (BMC4I)) с использованием

стандартных форматов интерфейсов и сетевых связей и возможностью проведения испытаний

военной техниê и в ó словиях боевых действийамериê ансê их войсê в Афãанистане и на Ближ -нем Востоê е.

В ê ачестве примера рез ó льтатов выполнения

Проãрамм PEO можно óê азать на находящ ó юсяна воор ó жении Систем ó ПВО Армии США про-тив ê рылатых раê ет противниê а с использова-нием раê еты Stinger для поражения низê олетя-щих БЛА днем и ночью при любых поãодных ó с-

Таблица 4Матрица оценê и эффеê тивности поисê а и наблюдения с помощью неê оторых радиолоê ационных систем (РЛС)

Наименование РЛС

AN/TPS-32 или AN/TPS-70(таê тичесê ие РЛС ПВО

дальнеãо ради ó са действия)

TPQ-36A (наблюдательные РЛС ПВО)

PSTAR (Portable Search and Target Acquisition Radar) — портативные

полевые РЛС поисê а и обнар ó жения целиОбщие хараê-теристиê и и достоинства РЛС

Обеспечивают надежное об-нар ó жение БЛА противниê а,радиолоê ационный попереч-ниê ê оторых составляет

0,001 м2, на расстоянииl65 ê м. Эти РЛС перевозятся на ãр ó зовиê ах , самолетах и вертолетах

Моãó т обеспечивать обнар ó жение несê ольê их БЛА противниê а на расстоянии 14 ê м. Эти РЛС высо-ê омобильны и перевозятся на авто-мобилях или самолетах . TQ-36Aобеспечивают высоêó ю трехмер-н ó ю точность в ó словиях сильных помех и противодействия РЭБ противниê а. Применение элеê т-ронно-фазо-сê анир ó ющей ан-тенны с иãольчатой диаãраммой направленности с низê им ó ровнем боê овых лепестê ов ó меньшает помехи применительно ê задаче обнар ó жения низê о летящих БЛА противниê а, ослабляет эффеê тив-ность средств противодействия РЭБ противниê а

Позволяют обнар ó живать БЛА противни-ê а на расстоянии 4 ê м. Эти портативные РЛС предназначены для применения мо-бильными подразделениями пехоты. Моãó т ослабить эффеê тивность средств противо- действия РЭБ противниê а, обеспечивают высоê ое ê ачество обнар ó жения при силь-ных помехах противниê а. РЛС моãó т быть выдвин ó ты и разверн ó ты на боевой пози-ции в течение 10мин ó т. Эти РЛС моãó т быть оснащены интерфейсом, работающим в ре- жиме почти реальноãо времени, сопряжен-ным с сетями ê омандных п ó нê тов, п ó нê-тов ó правления и системами ор ó жия.PSTAR обеспечивают обнар ó жение БЛА противниê а широê оãо спеê тра и зачаст ó ю определяют все данные, необходимые для доставê и боеприпаса ê цели

Недостатê и РЛС

Треб ó ют проведения значи-тельной работы по развертыва-нию слабо мобильной систе-мы. РЛС моãó т быть обнар ó же-ны противниê ом и являются неподходящими для проведе-ния сê рытых операций

РЛС моãó т быть обнар ó жены противниê ом и являются непод-ходящими для проведения сê ры-тых операций

РЛС моãó т быть обнар ó жены противни-ê ом и являются неподходящими для про-ведения сê рытых операций



41

7. 2015

ловиях , а таê же на Систем ó ПВО Армии США ,оснащенной необходимым обор ó дованием и

обеспеченной вычислительным ê омплеê сом, ê о-торая позволяет выполнять задачи ê омандноãо

ó правления по обнар ó жению, захват ó цели и ó ничтожению боевых БЛА противниê а.

Израиль. На ПВО Израиля возложены проти-вовозд ó шная оборона наиболее важных админи-

Таблица 5Матрица оценê и эффеê тивности поисê а и наблюдения с помощью оптичесê их систем, систем FLIR,

систем инфраê расных датчиê ов поисê а и слежения (Infrared Search and Track (ISRT)),пассивных систем радиочастотноãо перехвата (Passive Radio Frequency Intercept (PRFI))

Системы Достоинства Эффеê тивность Недостатê и

Оптичесê ая Являясь пассивными, опти-чесê ие датчиê и не создают проблем, связанных с их об-нар ó жением с борта БЛА противниê а

Малая эффеê тивность оптичесê их датчи-ê ов, ê аê средства поисê а, может быть ó силе-на с помощью др óãих средств (например,PRFI),трансформир ó ющих их в эффеê тив-ные средства наблюдения и слежения за БЛА противниê а. Ради ó с обнар ó жения зависит от типа БЛА и ó словий внешней среды

Обнар ó жение БЛА противниê а силь-но зависит от фаê торов внешней среды. Увеличение дальности обна-р ó жения достиãается за счет ó силе-ния датчиê ов, что ó меньшает сеê тор виз ó альноãо обзора и вызывает необ-ходимость ó величения длительнос-

ти поисê а. Применение оптичесê их датчиê ов предъявляет жестê ие тре-бования ê операторам системы и вы-зывает их ó томляемость

FLIR Обладает способностью адаптироваться ê средствам (например, PRFI), ê оторые трансформир ó ют FLIR в систем ó, способн ó ю эффеê-тивно решать задачи наблю- дения

Для тоãо, чтобы обнар ó жить БЛА противни-ê а на близê ом расстоянии, необходимо сильно за ó живать сеê тор виз ó альноãо обзо-ра, что резê о ó меньшает область поисê а и

ó величивает длительность наблюдения

Обнар ó жение БЛА противниê а сильно зависит от фаê торов вне-шней среды и температ ó ры БЛА .Использование FLIR предъявляет жестê ие требования ê операторам системы. При ãр ó пповой атаê е БЛА противниê а работа операторов сис-темы сильно ó сложняется и снижает эффеê тивность ПВО. Устранение этоãо дефеê та треб ó ет проведения на ó чно-исследовательсê их работ военных специалистов

ISRT Система работает ê аê сê ани-р ó ющие радиолоê аторы, что позволяет поê рывать область в 360° с óã лом возвышения 20°, это снижает оãраниче-ния, связанные с работой оператора системы FLIR

При использовании ê омплеê сных методов фильтрации эта система в обстановê е помех может обеспечить надежное обнар ó жение БЛА противниê а. Системы этоãо типа нахо- дятся в стадии разработê и и в перспеê тиве смоãó т обеспечивать значительн ó ю даль-ность обнар ó жения

PRFI Система позволяет обнар ó- живать оперативн ó ю элеê т-ронн ó ю эмиссию бортовоãо обор ó дования БЛА против-ниê а: линий передачи ин-формации, РЛ высотоме-ров, аппарат ó р ó создания помех и РЛС обнар ó жения.Система обладает высоê ой ч ó вствительностью, позво- ляющей ос ó ществлять пере-хват даже ê оротê их всплес-ê ов информационных пото-ê ов на линиях передачи ин-формации

Обнар ó жение системой тольê о нес ó щей ин-формации ос ó ществляется при разрешении

менее 15° за время менее сеêó нды, а при раз-решении 5° составляет 10—20 сеêó нд. Поê а-зано, что неê оторые низê очастотные эмит-

теры, таê ие, например, ê аê обеспечиваю-щие ф ó нê ционирование линий передачи информации, моãó т быть обнар ó жены на расстоянии l14 ê м. Оперативная аппарат ó-ра создания помех и бортовая аппарат ó ра РЛС моãó т быть обнар ó жены на ãораздо больших расстояниях . Радиочастотный пе-рехват часто позволяет ó становить элеê трон-ные хараê теристиê и эмиттеров, что дает возможность ê лассифицировать БЛА про-тивниê а (обнар ó живать и проводить их се- леê цию) по данным базы хараê теристиêбортовых эмиттеров БЛА противниê а

След ó ет считаться с тем, что обна-р ó жение эмиссии линий передачи информации в сил ó ряда соображе-ний не является вполне надежной и может оê азаться полностью неэф-феê тивной при противодействии БЛА противниê а, оснащенноãо ли-ниями передачи информации с ис-пользованием оптоволоê онной связи



42

стративных и промышленных центров, обеспе-чение непосредственной возд ó шной поддерж -ê и подразделениям с ó хоп ó тных войсê и ВМС,приê рытия их с возд ó ха [7].

Р óê оводство средствами ПВО (истребитель-ными эсê адрильями, дивизионами ЗУР и подраз-

делениями радиотехничесê оãо обеспечения)ос ó ществляет заместитель ê оманд ó ющеãо ВВСпо ПВО. Вывод о необходимости ê ачественноãо

совершенствования национальной системы ПВО

р óê оводство страны сделало в 1991 ã. во время

войны в районе Персидсê оãо залива, ê оã да из-раильсê ие ЗРК использовались для ó ничтожения

ираê сê их раê ет "Сê ад" ê ласса "земля—земля",ê оторые Ираê зап ó сê ал по объеê там, располо-

женным на территории Израиля. Однаê о дейст-вия сил и средств с ó ществовавшей тоã да ПВО

были признаны малоэффеê тивными.

Для обеспечения защиты возд ó шноãо про-странства Израиля, особенно вдоль северной

ãраницы, в последнее десятилетие были приня-ты меры по с ó щественном ó переоснащения сили средств ПВО с ó четом возможности примене-нием противниê ом боевых БЛА .

Две ê р ó пнейшие ê омпании оборонной и авиа-ционно-раê етной промышленности страны —Rafael и IAI — совместно разработали две про-ãраммы систем ПВО Spyder-SR(short range) и

Spyder-MR (medium range) [8]. Первой проãрам-мой пред ó смотрено построение системы ПВО

ближнеãо ради ó са действия, второй — среднеãо

ради ó са действия. Системы Spyder спроеê тиро-ваны для защиты от нападения шт ó рмовиê ов,боевых вертолетов, бомбардировщиê ов, для про-тиводействия БЛА и боевым БЛА противниê а,а таê же против ор ó жия, зап ó сê аемоãо вне зоны

действия ПВО. Эти системы обеспечивают на- дежн ó ю защит ó особо важных объеê тов, а таê же

эффеê тивное непрерывное приê рытие войсê взоне боевых действий.

В этих системах применяется ó ниê альная

ê омбинация раê ет дв ó х типов: Derby (оснащенааê тивной РЛС) и Pyton-5 (раê ета "возд ó х —воз-

д ó х ", оснащена дв ó хдиапазонной тепловизионной

системой наведения). Обе системы обладают

ê р óãовой зоной захвата цели, моãó т атаê овать

одновременно ãр ó пповые цели, моãó т вести

залпов ó ю стрельб ó и стрельб ó с ê оротê ими ос-

тановê ами, днем и ночью, в любых поãодных ó словиях . Мод ó льность систем и высоê ий ó ро-вень взаимозаменяемости составных элементов

позволяет их самостоятельное или ê омбиниро-

ванное применение п ó тем формирования эше- лонированной стр óê т ó ры ПВО, что обеспечи-вает ее более высоêó ю боев ó ю эффеê тивность.

Выводы. 1. Формирование современных сис-тем ПВО противодействия нападению БЛА про-тивниê а должно ó довлетворять требованиям по

обеспечению срыва боевой операции противниê ана любом этапе от зап ó сê а до атаê и вê лючитель-но, основанноãо на знании хараê теристиê сис-тем БЛА противниê а и ó язвимости этих систем.

2. Формирование в стр óê т ó ре ПВО систем

ор ó жия противодействия БЛА противниê а должно быть эффеê тивным против мноãих типов

боевых БЛА противниê а, что должно быть под-ê реплено точной разведывательной информаци-ей и соблюдением мод ó льноãо подхода при под-боре ê аê систем датчиê ов, таê и систем ор ó жия.


1. Веремеенê о К .К ., Желтов С.Ю., Ким Н.В., Козо-рез Д. А .,Красильщиê ов М.Н.,Себряê ов Г.Г.,Сыпало К .И.,Черноморсê ий А .И. Современные информационные тех -нолоãии в задачах навиãации и наведения беспилотных маневренных летательных аппаратов / под ред. М.Н. Кра-сильщиê ова, Г.Г. Себряê ова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009.556с.

2. Моисеев В.С. Приê ладная теория ó правлениябеспилотными летательными аппаратами. Казань: Изд.Респ ó блиê ансê оãо центра мониторинãа ê ачества обра-зования (Сер. Современная приê ладная математиê а иинформатиê а), 2013. 768 с.

3. Beel J.J. Anti-UAV defense requirements for groundforces and hypervelocity rocket lethality models. Thesis for the degree Master of science in operations research. US NavalPostgraduate School. Monterey, California. 1992. P. 109.

www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a252727.4. COMBINED ARMS FOR AIR DEFENSE. Head-

quarters of Department of the Army. 1 June 1999. Washing-ton, D.C. — pp. 48. emilitarymanuals.com›pdf/AirDefen-seArtillery/FM4.

5. Bolkcom C. Homeland Security: Defending U.S. Airspace. June 6, 2006. — pp. 6. fpc.state.gov›documents/organization/68815.

6. Missiles and space programs. ARMY, October 2012.pp. 326—332.

7. Алеê сеев А . Военно-возд ó шные силы и ПВО Из-раиля // Зар ó бежное военное обозрение. 2002. № 2.

8. Rafael's Air and Missile Systems. sibat.mod.gov.il›NR/rdonlyres/F384283A-4D55-4CFA.



43

7. 2015

УДК 629.7

À˝Ú¯˘ÏÍÔÒ˝˜¯ Ó˚¯˝ˆÊ (ÎÓˆÍÙÍÚ¯ÔÊ)

ÎÏÊ˘

Ó д ̋

ÓÁÚÊ˙

Ó д

¯Ô¯ı

˘

ÏÍËÊÚÍ˚

ÊÓ˝˝

Ó˘

ÓÎÓÔ˛ Ÿ¯˙ÔÊ д Ô˛ Ï¯Ì¯˝Ê˛ ÙÍ д Í¸ÈÎÏÍËÔ¯˝Ê˛ д ËÊ≈¯˝Ê¯˙

fi .Õ. œ˝˚¯Ë, Õ.œ. —¯ÚÏÓË

E-mail: [email protected]; [email protected]

настоящее время большой ряд задач ó правления движением реша-ется с использованием модели ãравитационноãо поля Земли (ГПЗ).С этой целью разными странами (в основном РФ и США ) и орãаниза-

циями разработаны различные модели ГПЗ. Они содержат параметры (и их

числовые значения) общеãо земноãо эллипсоида и ãравитационноãо поля

Земли. В Российсê ой Федерации действ ó ющими сеãодня являются пара-метры Земли 1990 ã. (ПЗ-90).

Обычно ê аждая модель построена применительно ê своей стандартной

общеземной системе ê оординат. У ê азанные модели строятся в виде ê онеч-ной с ó ммы членов ряда разложения ãравитационноãо потенциала Земли

по сферичес

ê им

ф

ó н

ê циям

в

ар

ãó ментах

ãеоцентричес

ê ой

широты

и

дол

-ãоты места летательноãо аппарата и еãо ó даления от центра Земли либо на

базе принятой в модели системы точечных масс. Здесь рассматривается

модель, построенная на базе сферичесê их ф ó нê ций. Помимо значений ê о-эффициентов разложения óê азанные модели моãó т содержать и средне-ê вадратичесê ие ошибê и определения ê оэффициентов.

Здесь полезно отметить: посê ольêó присоединенные ф ó нê ции Лежандра

являются системой ортоãональных ф ó нê ций на интервале аппроê симации,а значения их ê оэффициентов определяются оптимальной линейной фильт-рацией большоãо объема эê спериментальных данных , то ошибê и опреде-

Предложены интеã ральные оценêи стохастичесêой и систематичесêой ошибоê

модели ã равитационноãо поля Земли, позволяющие с óдить о возможности использова-

ния рассматриваемой модели при решении целевых задач внешней баллистиêи лета-

тельных аппаратов.

Ключевые слова: модель; ã равитационное поле Земли; полиномы Лежандра; элементыосêó лир óющей орбиты; параметры Земли; проãноз движения; точность.

G.V. Antsev, V.A. Petrov. Integral Assessment (Indicators) Of The Suitability OfGravitation Field Of The Earth Models For Motion Control Problems Solving

Proposed integrated estimation of stochastic and systematic errors of the model of the gravi-

tational field of the Earth to make judgments about the suitability of the model to the use in the solution targets the external ballistics of the aircraft.

Key words: model; gravitational field of Earth; Legendre polynomials; osculating orbit elements;

parameters of Earth; forecast of motion; accuracy.

В

АНЦЕВГеорãий Владимирович —ãенеральный диреê тор,

ãенеральный ê онстр óê тор ОАО "НПП "РАДАРммс",

ãенеральный диреê тор,ãенеральный ê онстр óê тор ОАО "Моринформсистема " А ãат", ê андидат техн. на óê

ПЕТРОВВиê тор Алеê сеевич —

ã лавный на ó чный сотр ó дниê

ОАО "НПП "РАДАРммс",профессор, доê тор техн. на óê



44

ления этих ê оэффициентов являются статисти-чесê и независимыми межд ó собой.

В различных источниê ах и моделях приво- дятся сведения, в ê аê ой системе ê оординат

построена представляемая модель, и óê азываетсяее связь с ê аê ой- либо иной широê о использ ó е-мой системой ê оординат [1]. Однаê о авторам не

ó далось обнар ó жить ê аê их - либо интеãральных

оценоê моделей, позволяющих объеê тивно с ó- дить об их приãодности для решения соот-ветств ó ющих праê тичесê их задач [2, 3].

Большинство сп ó тниê ов Земли приê ладноãо

назначения (навиãационные, связные, дистанци-онноãо зондирования Земли и др.) имеют ê р óãо-вые или почти ê р óãовые орбиты с весьма малым

эê сцентриситетом. Это позволяет в ê ачестве ин-теãральных оценоê приãодности моделей ГПЗ

использовать именно оценê и точности длитель-ноãо проãноза движения КА на подобных орбитах .Таê ие оценê и проще вычисляются, и они явля-ются вполне достоверными ê освенными поê аза-телями точности для проãноза движения на эл- липтичесê их орбитах с малым эê сцентриситетом.

Таê ê аê модель ГПЗ предполаãает наличие

информации не тольê о о ê оэффициентах разло- жения

потенциала

ГПЗ

в

ряд

по

сферичес

ê им

ф ó нê циям, но и об их среднеê вадратичесê их по-ãрешностях , то в ê ачестве интеãральной оценê иточности может быть использована статистиче-сê ая оценê а сл ó чайной ошибê и длительноãо про-ãноза движения КА на почти ê р óãовой орбите,находящейся вне с ó щественноãо влияния сопро-тивления атмосферы Земли на высотах , распо-

ложенных не выше ãеостационарных сп ó тниê ов.

Эти данные позволяют предложить в ê аче-стве первой интеãральной оценê и модели ГПЗ

стохастичесêó ю ошибêó проãноза местополо- жения КА , обязанн ó ю неточном ó знанию пара-метров использ ó емой модели. Расчеты поê азали,что данная ошибê а праê тичесê и линейно возрас-тает в ф ó нê ции числа витê ов проãноза. Эта осо-бенность позволяет ó веренно реã ламентировать

доп ó стимые интервалы проãноза, обеспечиваю-щие потребн ó ю точность решения целевых задач.

В ê ачестве второãо интеãральноãо поê азателя

точности исслед ó емой модели ГПЗ может быть

реê омендована систематичесê ая ошибê а проãно-за, обязанная работе по соê ращенной частичной

с ó мме ряда разложения модели ГПЗ, т.е. по мо- дели меньшей размерности. Без ó словно, исполь-

зование разложений высоê оãо порядê а сопро-вождается быстро возрастающей наãр ó зê ой на

бортов ó ю ЭВМ. Раз ó мный подход ê решению

данной задачи состоит в доп ó стимом ê омпро-миссе по соê ращению порядê а использ ó емой

модели ГПЗ.Построение предлаãаемых интеãральных оце-

ноê расписано строãо математичесê и на базе

теории движения ИСЗ и óê азанной модели ГПЗ

[1, 4].Соã ласно [4] изменение элементов осêó ли-

р ó ющей орбиты описывается след ó ющей систе-мой дифференциальных ó равнений:

= W x 2r ;

= {W x [(1 + r / p)cosϑ + er / p] + W y sinϑ};

= W x (1 + r / p)sinϑ –

– W y cosϑ + W z ctgi sinu ;

= μ/r 2 – W x (1 + r / p)sinϑ + W y cosϑ ;

= –W z ;

= –W z cosu;

u = ω + ϑ,

ã де p — фоê альный параметр орбиты; e — эê с-центриситет орбиты; ω — арãó мент периãея ор-биты; ϑ — истинная аномалия КА ; Ω — долãота

восходящеãо óã ла орбиты; i — наê лонение орбиты;r — расстояние от центра масс КА до притяãи-вающеãо центра; u — арãó мент широты КА ;

μ = (398 600,44 + 0,003)•109 м3•с–2 — произве- дение массы Земли на ãравитационн ó ю посто- янн ó ю; W x , W y, W z — проеê ции возм ó щающеãо

ó сê орения на оси орбитальной системы ê оорди-нат 0 X 0Y 0 Z 0.

dp

dt ---- p/μ

de

dt ---- p/μ

d ωdt ----- p/μ

1e--

1

e

--r

p

--

d ϑdt ----- p/μ

1e--

1e--

d Ωdt ----- p/μ r

p--

sinu

sini -------

di

dt --- p/μ r

p--



45

7. 2015

Невозм ó щенное почти ê р óãовое движение вплосê ости орбиты описывается след ó ющей сис-темой ó равнений:

u = ϕ + 2(e1sinϕ – e

2cosϕ);

r = r cp(1 – e1cosϕ – e2sinϕ);

ϕ = λ(t – t Ω);

λ = ,

ã де e1 = ecosω; e2 = esinω; r cp — ради ó с орбиты

среднеãо ê р óãовоãо движения, период обраще-ния ê оторой совпадает с периодом обращения

рассматриваемой почти ê р óãовой орбиты; λ —частота обращения на орбите; t Ω — время прохож -

дения среднеãо сп ó тниê а (т.е. сп ó тниê а, движ ó-щеãося по средней ê р óãовой орбите) через вос-ходящий ó зел.

Для почти ê р óãовоãо движения

r cp = p = a,

ã де а — большая пол ó ось эллипса невозм ó щен-ной (осêó лир ó ющей) орбиты.

Использ ó я приведенные соотношения при-менительно ê почти ê р óãовом ó движению,можно найти:

(1)

Относительная малость величин действ ó ющих

возм ó щений, их сл ó чайный хараê тер и специ-фиê а исслед ó емой задачи праê тичесê и без ó х ó д-шения ê онечной точности позволяют при расчете

первой интеãральной оценê и точности ó проститьпол ó ченные дифференциальные ó равнения за

счет пренебрежения членами правых частей этих

ó равнений, зависящими от эê сцентриситета.Выполнив эт ó операцию, пол ó чим след ó ющ ó юсистем ó ó равнений изменения осêó лир ó ющих

элементов почти ê р óãовоãо движения:

(2)

Составляющие ошибê и линейноãо положения

КА в проеê циях на оси расчетной орбитальной

системы ê оординат определяются зависимостями

=

= r cp . (3)

Соã ласно [1] аномальный потенциал ΔU поля

тяãотения Земли представляется частичной с ó м-

μ/r ср

3

(di /dt ) = –(1/λr cp)W z (cosϕ – e1(1 + sin2ϕ) +

+ e2sinϕcosϕ);

(d Ω/dt ) = –(1/λr cp)W z (sinϕ + e1sinϕcosϕ –

– e2(1 + cos2ϕ))(1/sini );

(λ(dt Ω/dt ) = –(1/λr cp){W x (3ϕ(1 – e1cosϕ –

– e2sinϕ) + 6e1sinϕ – 6e2cosϕ) –

– 2W y(1 – 2(e1cosϕ + e2sinϕ)) + W z (sinϕ +

+ e1sinϕcosϕ – e2(1 + cos2ϕ))ctgi };

(de1/dt ) = (1/λr cp){W x (2cosϕ – 3e1sin2ϕ ++ 3e2sinϕcosϕ) + W y(sinϕ + 2e1sinϕcosϕ –

– 2e2cos2ϕ) – W z e2sinϕctgi };

(de2/dt ) = (1/λr cp){W x (2sinϕ + 3e1sinϕcosϕ –

– 3e2cos2ϕ) – W y(cosϕ – 2e1sin2ϕ +

+ 2e2sinϕcosϕ) + W z e1sinϕctgi };

((1/λ)(d λ/dt ) == –(1/λr cp)W x 3(1 – e1cosϕ – e2sinϕ).

= –3W x или = 2W x ;

λ = –3W x λ(t – t Ω) + 2W y –

– W z ctg i sinλ(t – t Ω);

= 2W x cosλ(t – t Ω) +W y sinλ(t – t Ω);

= 2W x sinλ(t – t Ω) –W y cosλ(t – t Ω);

= –W z sinλ(t – t Ω);

= –W z cosλ(t – t Ω).

1λ--

d λdt ----

1λr ср

--------1

r ср

-----dr ср

dt --------

1λr ср

--------

dt

Ωdt ------ 1λr ср-------- 1λr ср

--------

1λr ср

--------

de1

dt ------

1λr ср

--------1

λr ср

--------

de2

dt ------

1λr ср

--------1

λr ср

--------

d Ωdt -----

1

λr ср--------

1sini ------

di

dt ---

1λr ср

--------

Δ x 0

Δ y0

Δ z 0⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

0 cosi – 1 2sinϕ– 2cosϕ ϕ–0 0 0 cosϕ sinϕ 2/3

sinϕ sini cosϕ– 0 0 0 0⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

Δi

ΔΩλΔ t Ω

Δe1

Δe2

Δλ /λ⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟



46

мой ряда еãо разложения по нормированным

ф ó нê циям Лежандра:

ΔU = Ѕ

Ѕ ( cosmL + sin mL) (sinB ), (4)

ã де L — долãота данной точê и относительно осей

фиãó ры Земли; B — ãеоцентричесê ая широта

места КА ; аэ = 6 378 136 ± 1 м — большая пол ó ось

земноãо эллипсоида; (sinB ) — нормирован-

ные ф ó нê ции Лежандра; , — ê оэффи-

циенты разложения, при этом в форм ó ле (4)

вместо ê оэффициентов и , использ ó е-

мых в представлении аномальноãо ãравитацион-

ноãо поля Земли, след ó ет брать соответственно

Δ = – = 0; Δ = – = 0.

Проеê ции аномальноãо ó сê орения на оси

орбитальной системы ê оординат определяются

соотношениями

(5)

При этом

(6)

(7)

(8)

L = L0 + ΔL – (ω3 – ω p)t . (9)

(10)

В форм ó ле (9) L0 — начальное значение дол-ãоты восходящеãо ó зла; ωЗ — óã ловая сê орость

вращения Земли; ωр — óã ловая сê орость реãрес-сии орбиты из-за сжатия Земли; t — время, от-считываемое от момента начальноãо прохожде-ния КА через восходящий ó зел.

У ã ловые сê орости вращения Земли и реã-рессии орбиты определяются относительно аб-солютной инерциальной системы ê оординат:

ωЗ = 7,292115•10–5 рад/с; (11)

ω p = – I 2 + I 4 cosi λ.(12)

Здесь

(13)

Выполнив соответств ó ющие операции диф-ференцирования, определения (6) аномальных

ó сê орений ГПЗ перепишем в виде

(14)

μ

r --

aэ

r ----

⎝ ⎠

⎛ ⎞n

n 2=

36

∑

m 0=

n

∑ C nm S nm P nm

P nmC nm S nm

C 20 C 40

C 20 C 20 C 200 C 40 C 40 C 40

0

W xo = Δ g xLcosα + Δ g zLsinα;

W yo = Δ g yL;

W zo = –Δ g xLsinα + Δ g zLcosα.

Δ g xL = (ΔU );

Δ g yL = (ΔU );

Δ g zL = (ΔU ).

1r --

∂B ∂

-----

∂r ∂

---

1r cosB -----------

∂L∂

-----

sinα = ;

cosα = .

cosi

1 sin2

i sin2

u–----------------------------

sini cosu

1 sin2

i sin2

u–

----------------------------

sinB = sini sinu;

cosB = .1 sin2

i sin2

u–

sin(ΔL) = ;

cos(ΔL

) = .

cosi sinu

1 sin2

i sin2

u–

----------------------------

cosu

1 sin2

i sin2

u–----------------------------

32--

aэ

r ср

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞2

52--

aэ

r ср

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞4

218----sin

2i –

32--⎝ ⎠

⎛ ⎞

I 2 = – = 1 082 625,7•10–9;

I 4 = 3 = –2370,9•10–9.

5 C 200

C 400

Δ g xL = Ѕ

Ѕ ( cosmL + sin mL) (sinB );

Δ g yL = – Ѕ


Δ g zL = Ѕ

Ѕ (– sin mL + cosmL)m (sinB ).

μaэr ------

aэ

r ----⎝ ⎠

⎛ ⎞n 1+

n 2=

36

∑

m 0=

n

∑ C nm S nm P nm′

μ

aэr

------ n + 1( )n 2=

36

∑aэ

r

----⎝ ⎠⎛ ⎞

n 1+

m 0=

n

∑ C nm S nm P nm

μaэr cosB ---------------

aэ

r ----⎝ ⎠

⎛ ⎞n 1+

n 2=

36

∑

m 0=

n

∑ C nm S nm P nm



47

7. 2015

Обозначим через δ и δ ошибê и оп-ределения ê оэффициентов разложения аномалий

ãравитационноãо потенциала Земли в [1]. Тоã да

ошибê и определения составляющих аномаль-

ных ó сê орений ГПЗ определятся выражениями

(15)

Далее полаãаем, что возм ó щающее ó сê оре-ние порождается лишь ошибê ами модели поля

тяãотения Земли (15). Еãо проеê ции на оси ор-битальной системы ê оординат определим фор-м ó лами (5), заменив в них Δ g i на δΔ g i .

Введем обозначения:

(16)

Перепишем систем ó ó равнений изменения

осêó лир ó ющих элементов почти ê р óãовоãо дви- жения (2) в матричном виде:

(dQ /dt ) = F (t )W (t ) = FW (t ) = ; (17)

ã де

(dQ /dt ) = ;

F (t ) = ;

W (t ) = ;

fwi (t )= ( fwic1nmδ + fwis1nmδ ) ;

fw1c1nm = (aэ/r )n + 1( (sinB )cosmLsinα +

+ (sinB )msin mLcosα/cosB )cosϕ;

fw2c1nm = (aэ/r )n + 1( (sinB )cosmLsinα +

+ (sinB )msin mLcosα/cosB )sinϕ/sini ;

fw3c1nm = (aэ/r )n + 1( (sinB ) Ѕ

Ѕ (–cosmLcosα3ϕ + cosmLsinαsinϕctgi ) +

+ (sinB )(–msin mLsinα3ϕ/cosB –

– 2(n + 1)cosmL + msin mLcosαsinϕctgi /cosB );

fw4c1nm = (aэ/r )n + 1( (sinB )(2cosmLcosαcosϕ) +

+ (sinB )(2msin mLsinαcosϕ/cosB –

– (n + 1)cosmLsinϕ));

fw5c1nm = (aэ/r )n + 1( (sinB )(2cosmLcosαsinϕ) +

+ (sinB )(2msin mLsinαsinϕ/cosB +

+ (n + 1)cosmLcosϕ));

C nm S nm

δΔ g xL = Ѕ

Ѕ (δ cosmL + δ sin mL) (sinB );

δΔ g yL = – Ѕ

Ѕ (δ cosmL + δ sinmL) (sinB );

δΔ g zL = Ѕ

Ѕ (–δ sinmL + δ cosmL)m (sinB ).

μaэr ------

aэ

r ----⎝ ⎠

⎛ ⎞n 1+

n 2=

36

∑

m 0=

n


μaэr ------ n + 1( )

n 2=

36

∑aэ

r ----⎝ ⎠

⎛ ⎞n 1+

m 0=

n

∑ C nm S nm P nm

μaэr cosB ---------------

aэ

r ----⎝ ⎠

⎛ ⎞n 1+

n 2=

36

∑

m 0=

n

∑ C nm S nm P nm

(1/λr cp) = k ;

(1/λr cp)(λ(t – t Ω)) = f 1(t );

(1/λr cp)sinλ(t – t Ω)) = f 2(t );

(1/λr cp)cosλ(t – t Ω)) = f 3(t ).

fw1 t ( ) fw2 t ( ) fw3 t ( ) fw4 t ( ) fw5 t ( ) fw6 t ( )

di /dt ( )d Ω/dt ( )

λ dt Ω/dt ( )

de1/dt ( )

de2/dt ( )

1/ λ( ) d λ/dt ( )⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟

⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

0; 0; f 3 t ( )–

0; 0; 1/sini ( ) f 2 t ( )–

3 f 1 t ( );– 2k ; ctgif 2 t ( )–

2 f 3 t ( ); f 2 t ( ); 02 f 2 t ( ); f 3 t ( );– 0

3k ;– 0; 0⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟

⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

W xo t ( )

W yo t ( )

W zo t ( )⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

r ср

aэ

-----λ

⎝ ⎠

⎜ ⎟⎛ ⎞

m 0=

n

∑n 2=

36

∑ C nm S nm

P nm′

P nm

P nm′

P nm

P nm′

P nm

P nm′

P nm

P nm′

P nm



48

fw6c1nm = (aэ/r )n + 1( (sinB )cosmLcosα +

+ (sinB )msin mLsinα/cosB )3;

fw1 s1nm = (aэ/r )

n + 1

( (sinB )sin mLsinα –– (sinB )mcosmLcosα/cosB )cosϕ;

fw2 s1nm = (aэ/r )n + 1( (sinB )sin mLsinα –

– (sinB )mcosmLcosα/cosB )sinϕ/sini ;

fw3c1nm = (aэ/r )n + 1( (sinB ) Ѕ

Ѕ (–sin mLcosα3ϕ + sin mLsinαsinϕctgi ) +

+ (sinB )(–mcosmLsinα3ϕ/cosB –

– 2(n + 1)sin mL – mcosmLcosαsinϕctgi /cosB );

fw4 s1nm = (aэ/r )n + 1( (sinB )(2sin mLcosαcosϕ) +

+ (sinB )(2mcosmLsinαcosϕ/cosB –

– (n + 1)sin mLsinϕ));

fw5 s1nm = (aэ/r )n + 1( (sinB )(2sin mLcosαsinϕ) +

+ (sinB )(2mcosmLsinαsinϕ/cosB +

+ (n + 1)sin mLcosϕ));

fw6 s1nm = (aэ/r )n + 1( (sinB )sin mLcosα +

+ (sinB )mcosmLsinα/cosB )3.Ошибê а оценê и веê тора состояния δQ (t )

элементов осêó лир ó ющей орбиты на интервале

проãноза определится выражением

δQ (t ) = FW (τ)d τ = fwi (τ)d τ ,

ã де

fwi (τ)d τ = Ѕ

Ѕ ( fwic1nmδ + fwis1nmδ )d τ =

= ( fwicnmδ + fwisnmδ );

fwicnm = fwic1nmd ϕ;

fwisnm = fwic1nmd ϕ;

d ϕ = λd τ.

Ошибêó проãноза местоположения КА в

проеê циях на оси орбитальной системы ê оор-

динат найдем с помощью форм ó лы (3), ê отор ó ю

перепишем в матричной форме:

= r cp||K ij ||δQ (t ),

ã де ||K ij || = . (18)

Корреляционн ó ю матриц ó поãрешностей

проãноза элементов осêó лир ó ющей орбиты

обозначим

E [δQ (t )δQ T (t )] = .

Учтем, что при оценê е параметров аппроê-

симации любой ф ó нê циональной зависимости

разложением по ортоãональным ф ó нê циям

ошибê и оценê и óê азанных параметров не ê ор-

релированны межд ó собой и сферичесê ие

ф ó нê ции Лежандра являются ортоãональными.

На этом основании можно пол ó чить:

qij = [ fwicnm fwjcnm(δ )2 +

+ fwisnm fwjsnm(δ )2] =

= [ fwicnm fw j cnm+ fwisnm fw j snm)(δ )2],

таê ê аê соã ласно [2] δ = δ .

P nm′

P nm

P nm′P nm

P nm′

P nm

P nm′

P nm

P nm′

P nm

P nm′

P nm

P nm′

P nm

t Ω0

t

∫t Ω0

t

∫1

6

t Ω0

t

∫ r срaэ

-----λ⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

m 0=

n

∑n 2=

36

∑t Ω0

t

∫ C nm S nm

r ср

aэ

-----λ⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

m 0=

n

∑n 2=

36

∑ C nm S nm

0

ϕ

∫

0

ϕ

∫

δ x o

δ yo

δ z o

0 cosi – 1 2sinϕ– 2cosϕ ϕ–0 0 0 cosϕ sinϕ 2/3

sinϕ sini cosϕ– 0 0 0 0⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

qij 16

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

2

m 0=

n∑

n 2=

36∑ C nm

S nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑ C nm

S nm C nm



49

7. 2015

Ф ó нê ции fwicnm и fwisnm представим с ó ммой их

наê опленных значений ê начал ó теêó щеãо витê а иприращением на теêó щем витê е:

fwicnm = fwic1nmd ϕ + fwic1nmd ϕ =

= fwi + Δ fwicnm; (19)

fwisnm = fwis1nmd ϕ + fwis1nmd ϕ =

= fwi + Δ fwisnm. (20)

В форм ó лах (19), (20) верхний индеê с j обозна-чает номер предшеств ó ющеãо витê а. В этих обо-

значениях на ( j + 1)-м витê е полета б ó дем иметь:

qij = [( fwi + Δ fwicnm) Ѕ

Ѕ ( fwj + Δ fwjcnm) + ( fwi + Δ fwisnm) Ѕ

Ѕ ( fwj + Δ fwjsnm)](δ )2 = + Δqij , (21)

ã де = [( fwi fwj +

+ fwi fwj )](δ )2;

Δqij = [( fwi Δ fwjcnm +

+ fwj Δ fwicnm) +( f wi Δ fwjsnm + fwj Δ fwisnm) +

+ (Δ fwicnmΔ fwjcnm + Δ fwisnmΔ fwjsnm)](δ )2.

Здесь выделение приращений ф ó нê ций fwicnm

и fwisnm на теêó щем витê е имеет смысл тольê опри значении литеры i , а таê же j = 3.

Распишем определения qij = + Δqij с ó четом

вê лада возм ó щения (Δλ/λ) в (λΔt Ω) при перехо- де с витê а на витоê. Из определения óã ла ϕ сле- д ó ет, что еãо возм ó щение, вызванное возм ó ще-ниями элементов λ и t Ω осêó лир ó ющей орбиты,может быть представлено выражением

Δϕ(t ) = Δλ(t )(t – t Ω) – λΔt Ω(t ), (22)

ê оторое перепишем в виде

Δϕ(ϕ) = – (λΔt Ω(ϕ)) – ϕ . (23)

В зависимостях (2) и (3) под t Ω понимается

момент времени прохождения КА восходящеãо

ó зла на первом витê е и, соответственно, таê ой же

отсчет óã ла ϕ. В задаче оценê и точности длитель-

ноãо проãноза движения КА для наã лядностивосприятия рез ó льтатов расчета за t Ω ó добнее при-нять момент времени прохождения КА восходя-щеãо ó зла на теêó щем витê е и, соответственно,отсчет óã ла ϕ производить с начала теêó щеãо вит-ê а, оãраничив еãо изменение в пределах от 0 до 2π.

В этом сл ó чае арãó ментом возм ó щения эле-ментов осêó лир ó ющей орбиты стан ó т номер

витê а j и значение óã ла ϕ на рассматриваемом

витê е: Δλ( j , ϕ) и Δt Ω( j , ϕ).

Если приращение возм ó щения t Ω

непосредст-венно на ( j + 1)-м витê е обозначить δΔt Ω( j + 1, ϕ),то представленные выше соотношения позво-

ляют написать:

(λΔt Ω( j + 1, ϕ)) =

= (λΔt Ω( j + 1, 0)) + (λδΔt Ω( j + 1, ϕ)); (24)

(λΔt Ω( j + 1, 0)) = (λΔt Ω( j , 2π)) – 2π.(25)

С ó четом сê азанноãо значения моментов qij

моãó т быть подсчитаны по форм ó лам

q11 = [( fw1cnm fw1cnm +

+ fw1 snm fw1 snm)(δ )2];





q13 = [( fw1cnm(( fw3 –

– fw6 2π) + Δ fw3cnm) + fw1 snm(( fw3 –

– fw6 2π) + Δ fw3 snm))(δ )2];

0

2π j

∫2π j

ϕ

∫

cnm j

0

2π j

∫2π j

ϕ

∫

snm j

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑ cnm j

cnm j

snm j

snm j

C nm qij j

qij j r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑ cnm j

cnm j

snm j snm j C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑ cnm j

cnm j

snm j

snm j

C nm

qij j

Δλ ϕ( )

λ------------⎝ ⎠

⎛ ⎞

Δλ j 2π,( )λ

-----------------⎝ ⎠⎛ ⎞

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ-----⎝ ⎠⎜ ⎟

⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑ cnm j

cnm j

snm j

snm j

C nm



50

q23 = [( fw2cnm(( fw3 –


– fw6 2π) + Δ fw3 snm))(δ )2];

q33 = [(( fw3 –

– fw6 2π)( fw3 – fw6 2π) +

+ ( fw3 – fw6 2π)( fw3 – fw6 2π)) +

+ 2(( fw3 – fw6 2π)Δ fw3cnm +

+ ( fw3 – fw6 2π)Δ fw3 snm) +

+ (Δ fw3cnmΔ fw3cnm + Δ fw3 snmΔ fw3 snm)](δ )2;




+ fw2 snm fw4 snm)(δ )2

];

q34 = [( fw4cnm(( fw3 –


– fw6 2π) + Δ fw3 snm))(δ )2];



];





q35 = [( fw5cnm(( fw3 –

– fw6 2π) + Δ fw3cnm

) + fw5 snm

(( fw3 –

– fw6 2π) +Δ fw3 snm))(δ )2];





];





q36 = [( fw6cnm(( fw3 –


– fw6 2π) + Δ fw3 snm))(δ )2];






+ fw6 snm fw6 snm)(δ )2].

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑ cnm j

cnm j

snm j

snm j

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑ cnm j

cnm j

cnm j

cnm j

snm j

snm j

snm j

snm j

cnm j

cnm j

snm j snm

j

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑ cnm j

cnm j

snm j

snm j

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑ cnm j

cnm

j s

nm

j

snm j

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑ cnm j

cnm j

snm j

snm j

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm

r ср

aэ

-----⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞ 2

m 0=

n

∑n 2=

36

∑

C nm



51

7. 2015

Отсюда и с ó четом (18) матриц ó вторых мо-

ментов составляющих ошибê и длительноãо

проãноза местоположения КА при движении на

почти ê р óãовой орбите из-за ошибоê модели

ГПЗ можно определить зависимостью

E = ||K ij ||qij ||K ij ||T . (26)

Приведенные зависимости для расчета стохас-

тичесê ой оценê и точности длительноãо проãноза

местоположения КА при движении на почти

ê р óãовой орбите реализованы соответств ó ющейпроãраммой на языê е PASKAL. Учитывая ма-

лость рассматриваемых величин, расчет диспер-

сий рассматриваемых ошибоê из-за поãрешнос-

тей модели ГПЗ выполнен по след ó ющей схеме.

1. Ошибê и рассчитываются последователь-

но на ê аждом витê е орбиты.

2. Ф ó нê ции f wicnm, f wisnm рассчитываются с

ó четом их наê опления от витê а ê витêó числен-

ным интеãрированием по метод ó 1/3 Симпсона

с шаãом Δϕ = 2π/(36•36) рад.3. Вторые моменты поãрешностей элементов

орбиты qij рассчитываются с óê азанным в п. 2

шаãом.

4. Затем на основании зависимости (26) оп-

ределяются дисперсии составляющих ошибê и

проãноза местоположения КА .

5. По пол ó ченным дисперсиям находятся

среднеê вадратичесê ие значения óê азанных

ошибоê.

Обратимся ê расчет ó второй интеãральнойоценê и точности модели ГПЗ.

В этом сл ó чае проеê ции ó читываемоãо ó сê о-

рения ГПЗ на оси орбитальной системы ê о-

ординат, возм ó щающеãо орбитальное движе-

ние КА , равны (см. форм ó лы (5)):

ã де

(27)

ng — наибольшее значение индеê са "n" ó читы-ваемых в алãоритмах проãноза членов разложе-

ния модели ГПЗ; (sinB ) и (sinB ) — нор-

мированные ф ó нê ции Лежандра и их производ-ные по широте [2].

Компоненты возм ó щения веê тора элементов

осêó лир ó ющей орбиты (см. (1)) обозначим qi ,тоã да

δQ (t ) = . (28)

Матричное дифференциальное ó равнение

возм ó щения этоãо веê тора запишем в виде

(d δQ (t )/dt ) = , (29)

ã де

fwh1 = –(1/λr cp)(cosϕ – q4(1 + sin2ϕ) ++ q5sinϕcosϕ)W zo;

fwh2 = –(1/λr cp)(sinϕ – q4sinϕcosϕ +

+ q5(1 + cos2ϕ))(1/sini )W zo;

fwh3 = –(1/λr cp)[(3ϕ(1 – q4cosϕ – q5sinϕ) +

+ 6q4sinϕ – 6q5cosϕ)W xo – 2(1 – 2(q4cosϕ +

+ q5sinϕ))W yo + (sinϕ + q4sinϕcosϕ –

– q5(1 + cos2ϕ))ctgiW zo];

δ x 0

δ y0

δ z 0⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞ δ x 0

δ y0

δ z 0⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞ T

r ср

2

W xo = Δ g xLcosα + Δ g zLsinα;

W yo = Δ g yL;

W zo = –Δ g xLsinα + Δ g zLcosα,

Δ g xL = Ѕ


Δ g yL = – Ѕ


Δ g zL = Ѕ

Ѕ (– sinmL + cosmL)m (sinB ),

μaэr ------

aэ

r ----⎝ ⎠

⎛ ⎞n 1+

n 2=

ng

∑

m 0=

n


μaэr ------ n + 1( )

aэ

r ----⎝ ⎠

⎛ ⎞n 1+

n 2=

ng

∑

m 0=

n

∑ C nm S nm P nm

μ

aэr cosB

---------------aэ

r

----

⎝ ⎠

⎛ ⎞n 1+

n 2=

ng

∑

m 0=

n

∑ C nm S nm P nm

P nm P nm′

qi 1

6

fw hi t ( ) 16



52

fwh4 = (1/λr cp)[(2cosϕ – 3q4sin2ϕ +

+ 3q5sinϕcosϕ)W xo + (sinϕ + 2q4sinϕcosϕ –

– 2q5cos2ϕ)W yo – q5sinϕctgiW zo];

fwh5 = (1/λr cp)[(2sinϕ + 3q4sinϕcosϕ –

– 3q5cos2ϕ)W xo – (cosϕ – 2q4sin2ϕ +

+ 2q5sinϕcosϕ)W yo + q4sinϕctgiW zo];

fwh6 = –(1/λr cp)3(1 – q4cosϕ – q5sinϕ)W xo.

Уравнение (29) интеãрир ó ется по метод ó Р ó нãе—К ó тта с ó четом дополнительноãо преобра-зования ê омпоненты δq3 (см. форм ó лы (24), (25)),при переходе на ê аждый след ó ющий витоê полета.

Ошибê а проãноза местоположения КА в

проеê циях на оси орбитальной системы ê оор- динат рассчитывается по форм ó лам

δ x o = r cp(–dq2cosi + q3 – 2q4sinϕ + 2q2cosϕ – q6ϕ);

δ yo = r cp(q4cosϕ + q5sinϕ + (2/3)q6);

δ z o = r cp(q1sinϕ – dq2cosϕsini );

dq2 = q2 – ω pdt .

Заметим, что введение параметра dq2 вместо

ê омпоненты q2 позволяет выделить влияние

тольê о аномальноãо поля тяãотения Земли.

Влияние высших ãармониê либо диапазона

ãармониê определяется ê аê разность возм ó ще-ний от низших ãармониê с соответств ó ющими

верхними ãраницами "ngh" и "ng".

Представленная схема расчета влияния низ-ших и диапазона ãармониê реализована в виде

соответств ó ющей проãраммы для ПЭВМ на

языê е PASCAL.Итаê, предложены интеãральные оценê и

приãодности моделей ãравитационноãо поля

Земли для решения задач ó правления движением.

Разработан и представлен математичесê ий

аппарат этих оценоê на ЦВМ применительно ê моделям ГПЗ, ê оторые использ ó ют разложение

потенциала ãравитационноãо поля Земли в ряд по

сферичесê им ф ó нê циям вплоть до 36 порядê а.Представленный математичесê ий аппарат леãê о

адаптир ó ется ê моделям ГПЗ более высоê оãо

порядê а.

Сл ó чайные ошибê и определения параметров

модели ГПЗ определяют достоверность данных

длительноãо проãноза. Соê ращение порядê а ис-польз ó емой модели ГПЗ при решении приê лад-ных задач приводит ê систематичесê ой ошибê епроãноза движения, реã ламентация ê оторой

позволяет ê валифицированно принять порядоê использ ó емой модели ГПЗ.

Проãраммная реализация представленноãо

математичесê оãо аппарата и проведенные ис-следования на ЦВМ поê азали след ó ющее.

1. Использование ПЗ-90 применительно ê проãноз ó движения КА системы ГЛОНАСС дает

среднеê вадратичесê ое отê лонение (СКО) по-рядê а одноãо метра на витоê проãноза вдоль ор-биты, а для КА системы GPS ∼ 3 м; в нормаль-ной плосê ости СКО проãноза составляет ∼ не-сê ольê о миллиметров на витоê для КА обеих

систем. Применительно ê КА с высотой орбиты

500 ê м óê азанные ошибê и в среднем равны 8,0 и

0,45 м на витоê проãноза соответственно.

2. Соê ращение порядê а использ ó емой модели

ГПЗ вдвое сопровождается систематичесê ой

ошибê ой на ó ровне дв ó х сл ó чайных на орбите свысотой 500 ê м и на 8—9 порядê ов ниже на орби-тах КА ГЛОНАСС и GPS. Заметим, что модель

ГПЗ 36-ãо порядê а содержит 1400 ê оэффициен-тов сферичесê их ф ó нê ций, модель ГПЗ 18-ãо по-рядê а содержит тольê о 380 таê их ê оэффициентов.


1. Параметры общеãо земноãо эллипсоида и ãрави-тационноãо поля Земли (Параметры Земли 1990 ãода).Военно-топоãрафичесê ое ó правление Генеральноãо

штаба, редаê ционно-издательсê ий отдел. Мосê ва,

1991. 68 с.2. ГЛОНАСС. Принципы построения и ф ó нê ци-

онирования / под ред. А .И. Перова и В.Н. Харисова.М.: Радиотехниê а, 2010. 798 с.

3. Баранов В.Н., Королевич В.В. Пример оценê иточности модели EGM 2008 по астрономо-ãеодезиче-сê им данным // Межд ó народный на ó чно-техничесê ий

и производственный элеê тронный ж ó рнал "На óê и о

Земле". № 2. 2011. С. 39—43.

4. Эльясберã П.Е. Введение в теорию полета исêó с-ственных сп ó тниê ов Земли. М.: На óê а, 1965. 540 с.

0

t

∫



53

7. 2015

УДК 62-503.57

À˝≈¯˝¯Ï˝˜ı ÎÓ д ‰Ó д ˆ Ï¯ÍÔÊÙÍ˚ÊÊ

ÁÊÁÚ¯˙

, ÓÎÚÊ˙

ÍÔÒ˝

˜‰ ÎÓ ¬˜ÁÚÏÓ д

¯ı

ÁÚËÊ√

›.¤. …ÍËÓÏÁˆÊı


оздание систем, оптимальных по быстродействию, является аê т ó-альной проблемой. Время процесса ó правления — один из важней-ших ê ритериев при проеê тировании таê их систем.

В 1970-х ãã. была разработана математичесê ая теория оптимальных по

быстродействию систем. Но на п ó ти их инженерной реализации появи- лись тр ó дности, связанные с ó четом различных ó словий эê спл ó атации.

В литерат ó ре появился термин "ê вазиоптимальные" системы, в ê оторых

из-за сложности реализации применялись ó прощенные алãоритмы ó прав- ления. Зачаст ó ю время, оãоворенное техничесê им заданием на отработêó

начальных ó словий при проеê тировании системы, достиãалось не совер-шенствованием алãоритма ó правления, а ó величением мощностей ó прав-

ляющих ó стройств, а время ó правления, соответств ó ющее математичесê ой

теории, являлось ê ритерием ê вазиоптимальности при сравнении рез ó ль-татов, пол ó ченных в проеê тир ó емой системе, с рез ó льтатами математиче-сê ой теории.

Начало проеê тирования системы связано с определением исходной

математичесê ой модели объеê та ó правления и реãó лятора в части силовой

реализации ó правляющеãо воздействия, динамиê а ê отороãо может повли- ять на размерность модели.

Рассматривается оптимальное по быстродействию óправление за меньшее êоли-чество интервалов знаêопостоянства óправления, чем порядоê объеêта. Определяютсяначальные óсловия, при êоторых методичесêая ошиб êа приведения за меньшее êоличе-

ство интервалов оã раничена и зависит от êорней хараêтеристичесêоãо полинома.По-êазано, что методичесêая ошиб êа, бо ´ льшая, чем найденные оã раничения ошиб êи, со-

ответств óет ó зêим óсеченным êон óсам начальных óсловий.

Ключевые слова: перевод состояния из точêи в точêó; óправление, оптимальное побыстродействию; ред óцирование; ошиб êа приведения.

E.K. Favorskiy. Engineering Approach to Realization of Systems-Optimal

The optimal control for fewer intervals of constant sign of control than the order of the object are consider. Determined by the initial conditions under which the methodical error reduction

for less than the number of slots is limited and depends on the roots of the characteristic poly-nomial. Shown that the methodological error is greater than the limit found error corresponds toa narrow segment of the initial conditions.

Key words: state transition from one point to another; optimal response equation; reduction;reduction error .

С

ФАВОРСКИЙЕãор Кириллович —

р óê оводитель отделаинформационной

безопасности ООО "ЮНИОН"



54

Проеê тировщиê сталê ивается с проблемой,что необходимо ó читывать при синтезе системы,а что не надо. Стремление ó честь все приведет ê чрезмерной сложности синтеза. На ранних эта-

пах проеê тирования оптимальных по быстро- действию систем в 1970-х ã ã. выработаны реê о-мендации по реализации таê их систем.

Реê оменд ó ется понизить исходн ó ю матема-тичесêó ю модель объеê та до второãо или третье-ãо порядê а и, реализовав в реãó ляторе ãиперпо-верхность оптимальноãо переê лючения (ГОП)

для ред ó цированной модели, сравнить состояние

объеê та с ГОП. Эти реê омендации изменились

тольê о в части ó сложнения алãоритма в связи свозможным вê лючением в реãó лятор ЭВМ.

Математичесêая траêтовêа задачи. Рассмат-ривается задача перевода состояния объеê та ó п-равления из любой точê и пространства состоя-ний в н ó лев ó ю точêó.

Рассматривается объеê т n-ãо порядê а с дей-ствительными неположительными ê орнями ха-раê теристичесê оãо полинома. В этом сл ó чае при-ведение должно ос ó ществляться в n интервалов

знаê опостоянства ó правления, а время интер-валов t i изменяется в пределах 0 < t i < ∞ при от-с ó тствии оãраничений на начальные ó словия,ê оторые моãó т стремиться ê бесê онечности.

Выбор таê оãо объеê та об ó словлен тем, что

время интервалов не оãраничено. Для объеê тов

с ê омплеê сными ê орнями хараê теристичесê оãо

полинома время интервалов оãраничено при не-оãраниченном ê оличестве интервалов [1], а при

положительных ê орнях оãраничены области

начальных ó словий ó правления.

Инженерная траê товê а. Перевод состояния

ос ó ществляется в область, оãраниченн ó ю техни-

чесê им заданием на проеê тирование системыиз-за наличия инстр ó ментальных поãрешнос-тей при реализации системы. Рассмотрим по-ãрешности инженерной траê товê и перевода со-стояния.

На рис. 1 ó словно поê азаны интервалы 1, ...,n – 3, n – 2, n – 1 и последний n-й интервал при-ведения для дв ó х точеê A и B начальных ó сло-вий. Выделены оси базиса n-мерноãо простран-ства x 1, x 2, x 3, ... . Оê р ó жностью ó словно поê азана

область поãрешности, доп ó сê аемая техниче-сê им заданием.

На рис. 1 поê азано, что для процесса, реали-зованноãо при начальных ó словиях , соответст-в ó ющих точê е B , ó правление ос ó ществляется

в n интервалов, и на n-м интервале изображаю-щая точê а заходит в зон ó поãрешности.

Для процесса, реализованноãо при началь-ных ó словиях , соответств ó ющих точê е A, изо-бражающая точê а заходит в зон ó поãрешности

на n – 2 интервале, и ó правление в инженерной

траê товê е (в отличие от математичесê ой) может

ос ó ществляться в n – 2 интервала.

Следовательно, приведение с заданной по-ãрешностью можно ос ó ществить за m интерва-

лов, ã де m < n. Для сл ó чая приведения из точê и А(см. рис. 1) это n – 2 интервала, таê ê аê по-ãрешность недоведения состояния объеê та до

н ó левой точê и, ê оторая б ó дет являться мето- дичесê ой ошибê ой недоведения, если ó прав- ление б ó дет ос ó ществляться в n – 2 интервала,меньше поãрешности, об ó словленной техни-чесê им заданием.

Общая поãрешность приведения б ó дет сê ла- дываться из методичесê ой ошибê и приведения

в m интервалов (m < n) из определенной области

начальных ó словий и инстр ó ментальной ошиб-ê и, ê оторая б ó дет определяться поãрешностями

Рис. 1. Оê ончание оптимальноãо по быстродействию про-цесса



55

7. 2015

в определении моментов переê лючения ó прав- ления. Следовательно, приведение в m интерва- лов возможно тольê о при инженерной поста-новê е задачи и при оãраничениях на начальные

ó словия и при оãраничениях на поãрешностьнедоведения состояния до ê онечной точê и.

Прототипы. Поê ажем необоснованность за-мены ó правления в n интервалов ó правлением

в 2 или 3 интервала без оãраничения на началь-ные ó словия процесса приведения и на поãреш-ность приведения.

В работах по синтез ó оптимальноãо по быстро- действию ó правления для n-мерных объеê тов

ó правление в n интервалов заменяется ó правле-нием в m интервалов знаê опостоянства ó прав-

ления, ã де n > m [2—4]. Таêó ю замен ó объясняют

разными причинами: либо сходством переходных

процессов для объеê тов n-ãо и m-ãо порядê а [4], либо отбрасыванием звеньев с ê райними левыми

действительными ê орнями хараê теристичесê оãо

полинома [3]. И одна и вторая версии противо-речат теореме об "n интервалах " оптимальноãо

по быстродействию ó правления и правил ó син-теза ãиперповерхности оптимальноãо переê лю-чения, доп ó сê ающем ó вариации времени ин-тервалов от н ó ля до бесê онечности.

В основ ó предлаãаемых ê ритериев работы [4]положена работа А .В. Каляева [5]. Сходство пе-реходных процессов для объеê тов n-ãо и m-ãо

порядê ов рассматривается в [5] на интервале

времени от н ó ля до бесê онечности при постоян-ном ó правлении, ã де разница процессов оценива-ется по предложенном ó ê ритерию и не ê асается

оптимальных по быстродействию процессов.

Рассмотрим недостатê и теории, изложен-ной в [4].

1. Гипотеза рассматривать сходство оптималь-ных процессов для объеê тов n-ãо и m-ãо порядê апо сходств ó переходных процессов в работах не

обосновывается. Можно найти множество сл ó-чаев, для ê оторых выдвин ó тая ãипотеза непри-менима.

1.1. Переходный процесс зависит от началь-ных ó словий, и для объеê тов n-ãо порядê а началь-ные ó словия варьир ó ются в n-мерном прост-ранстве, а для m-ãо — в m-мерном. Если принять

начальные ó словия дв ó х процессов первоãо ин-тервала равными по одной ê оординате, а по

всем производным — н ó левыми, то начальные

ó словия второãо интервала б ó д ó т разными по

размерности и по величине, и неê оторые про-цессы второãо интервала ó правления б ó д ó т с ó-щественно различаться.

1.2. Переходные процессы сравниваются на

интервале от н ó ля до бесê онечности, а времена

интервалов оптимальноãо ó правления моãó тбыть сê оль óãодно малыми. Исслед ó емая ê оор-

дината при определенных начальных ó словиях

на малом интервале времени для исходноãо и

ред ó цированноãо объеê тов может двиãаться со

сê

оростями разных

зна

ê ов

,т.

е. для

объе

ê та

n

-ãо

порядê а ó величиваться, а для m-ãо — ó мень-шаться или наоборот.

1.3. В рассматриваемой работе сравнение

переходных процессов одномерно, происходит

по одной ê оординате и не сравнивается по сê о-ростям, ó сê орениям и более высоê им произ-водным. Разница др óãих ê оординат может быть

с ó щественна, таê ê аê переходные процессы не

моãó т быть абсолютно одинаê овыми, и малые

ê олебания одноãо процесса относительно др ó-

ãоãо привед ó т ê с ó щественной разнице процес-сов при ó величении ê оличества производных .

1.4. Всеã да можно найти начальные ó словия, для ê оторых ó правление ос ó ществляется в n ин-тервалов. Например, если двиãаться из ê онеч-ной точê и в обратном времени за n одинаê овых

интервалов, придем в начальн ó ю точêó процесса,из ê оторой нельзя перевести состояние объеê та

в ê онечн ó ю точêó за m интервалов. Ошибê а при-ведения объеê та б ó дет большой и определяется

движением в обратном времени из ê онечной

точê и за n—m интервалов.

Рассмотрим недостатê и теории, изложенной

в работе [3].

2. Гипотеза о том, что можно для ред ó циро-ванноãо объеê та отбросить звенья с наименьши-ми действительными частями ê орней хараê терис-тичесê оãо полинома, таê же не обосновывается.

Для этой ãипотезы можно найти множество

сл ó чаев неприемлемости ãипотезы.



56

2.1. При стремлении начальных ó словий ê н ó лю передаточная ф ó нê ция без н ó лей стремится

ê вид ó p в степени n, т. е. заменяется ф ó нê цией,ã де все ê орни хараê теристичесê оãо полинома

н ó левые. Тоã да встает риторичесê ий вопрос:ê аê ой из н ó левых ê орней отбрасывается?

2.2. Начальные ó словия должны быть оãра-ничены не тольê о сниз ó, но и для рассматривае-мой ãипотезы, сл ó чай 1.4 — справедлив.

Поê ажем, что поб ó дило авторов выдвин ó ть

теории ред óê ции исходной системы.

3. Авторы работ, цитир ó емых в [3, 4], под-тверждают идеи оптимальноãо по быстродей-ствию ó правления объеê том n-ãо порядê а в m

интервалов аналоãовым моделированием. При-ведем недостатê и таê оãо подхода ê подтвержде-нию правильности принятых ãипотез.

3.1. Авторы заменяют математичесê ий син-тез идеальноãо, без ошибоê, перевода состояния

из точê и в точêó на инженерный синтез, в ê ото-ром должно рассматриваться не тольê о время,но и ошибê а приведения. Аналоãовое моделиро-вание не может быть ос ó ществлено без инстр ó-ментальных ошибоê: ошибоê измерения, оши-боê аппроê симации, дрейфа н ó лей ó силителей

и др. При приведении за m интервалов ê инст-р ó ментальным ошибê ам добавляются методи-чесê ие ошибê и — ошибê и недоведения состоя-ния до ê онечной точê и, ê оторая может быть за-масê ирована инстр ó ментальными ошибê ами.

3.2. Аналоãовое моделирование проводится

из фиê сированных точеê начальных ó словий. Авторы не приводят сведений, что при модели-ровании исследовались различные точê и про-странства состояний. Следовательно, была вы-брана область начальных ó словий с доп ó стимой,

с точê и зрения авторов, методичесê ой ошибê ойнедоведения. В сл ó чаях начальных ó словий, óê азанных в пп. 1.4 и 2.1, ó правление в m интер-

валов должно дать большие ошибê и недоведе-ния состояния до ê онечной точê и.

4. Следовательно, для ó правления в m интер-валов должна быть оãраничена область началь-

ных ó словий, для ê оторой методичесê ая ошибê анедоведения может ó довлетворять техничесê ом ó заданию на проеê тирование системы.

Постановê а задачи перевода состояния объ-еê та за меньшее ê оличество интервалов рассмат-ривается ниже.

В представленной статье определяется ошиб-ê а при ó правлении за меньшее ê оличество ин-тервалов и даны оãраничения на начальные ó с-

ловия, при ê оторых ошибê а не выходит за óê а-занные пределы.

Базис. Выбор базиса важен для послед ó ю-щих доê азательств оãраничений на времена по-следних интервалов оптимальноãо по быстро-

действию ó правления.В пространстве состояния выбрана перемен-

ная x 1, относительно ê оторой нормированная

передаточная ф ó нê ция не имеет н ó лей. Осталь-ные оси базиса x 2... x n выбираются ê аê в после-

довательно интеãрир ó емой системе, ê оторая

определяется последовательным соединением

апериодичесê их и интеãрир ó ющих звеньев.

Координаты базиса x i поясняются блоê-схе-мой, представленной на рис. 2 для нормирован-ной передаточной ф ó нê ции по ê оординате x 1 таê,что в числителях передаточных ф ó нê ций всех

представленных звеньев записываются единицы.На рис. 2 T i = 1/|λi | — постоянная времени;

λi — ê орень хараê теристичесê оãо полинома.Последовательно интеãрир ó емая система

относительно ê оординаты x 1 не единственная,а соответств ó ет множеств ó перестановоê апе-риодичесê их и интеãрир ó ющих звеньев. Из мно-

жества перестановоê выбран таê ой базис, приê отором |λi – 1| < |λi | < |λi + 1|, а |λn| — наибольший

по мод ó лю ê орень (ê райний левый на ê орневой

Рис. 2. Блоê схема, иллюстрирó ющая интеãрирó емó ю системó



57

7. 2015

плосê ости) хараê теристичесê оãо полинома.Отсюда T n — самая малая из постоянных време-ни апериодичесê их звеньев.

Выбор таê оãо базиса позволяет определить

оãраничения на время последнеãо интервала ó правления.

Управление в n – 1 интервал. Сформ ó лир ó ем

теорем ó об оãраничении времени последнеãо

интервала оптимальноãо по быстродействию

ó правления.

Время последнеãо интервала, оптимальноãо побыстродействию óправления, оã раничено: t n < T nln2,если начальные óсловия процесса óправления неотвечают óсловию

–sign( x i , 0) = sign( x i + 1, 0)и при –sign( x n, 0) = sign(U n) (1)

или отвечают óсловию

| x n, 0| < 1, (2)

ãде x i — êоординаты базиса нормированной после-

довательно-интеã рир óемой системы, в êоторой

относительно x 1 передаточная ф óнêция не имеет

н ó лей, а перестановêа апериодичесêих и интеã ри-

р óющих звеньев выполнена таê, что T i – 1 < T i ,

а T n —наименьшая из множества постоянных вре-

мени апериодичесêих звеньев, входящих в систем ó.

Поê ажем, что время последнеãо интервала t nб ó дет оãраничено:

t n < T nln2,

если начальные ó словия не лежат в области, оã-раниченной ó словиями

–sign( x i , 0) = sign( x i + 1, 0).

Эти начальные ó словия охватывают два ê о-н ó са начальных ó словий L из 2n ê он ó сов — "ó с-

ловных ê вадрантов" пространства состояний.Таê ê аê оси базиса x i не ортоãональны, ê вадран-ты названы ó словными.

Таê же время интервалов б ó дет оãраничено,если | x n, 0| < 1.

Значение T n = 1/λn — наименьшее из T i , таê ê аê λn — наибольший по мод ó лю ê орень хараê-теристичесê оãо полинома.

На рис. 3 поê азаны ãрафиê и, иллюстрир ó ю-щие неоãраниченность времени последнеãо ин-тервала. Поê азано оê ончание оптимальноãо

по быстродействию процесса приведения вточêó "0" — ê онечн ó ю точêó. Управление U n на

n-м интервале ó словно выбрано равным "–1",и величина x n, (n – 1) обозначает ê оординат ó x nна n – 1 интервале.

Поê ажем, что если переê лючение происходит

в точê е A при x n, (n – 1) > 1, то в обратном времени

ê оордината x n б ó дет монотонно возрастающей

ф ó нê цией.

При последовательном интеãрировании в

обратном времени из ê онечной точê и пол ó чим

на n-м интервале, что x n – 1 б ó дет монотонно ó бы-вающей, а x n – 2 — монотонно возрастающей

ф ó нê цией (см. рис. 3).

Для апериодичесê оãо звена справедливо,что сê орость определяется форм ó лой

= ( x i – x i – 1).

Для сê орости dx n/dt величина x i заменяется

на U . Из рис. 3 видно, что x n и U n – 1 не пересе-

ê аются. Координата x n > U n, сê орость dx n/dt неменяется. Аналоãично из-за разности знаê ов не

пересеêó тся x n и x n – 1, а таê же x i и x i – 1. Ф ó нê ции

не имеют эê стрем ó мов и монотонны. Отсюда

след ó ет, что для сл ó чая переê лючения в точê е A,ê оã да | x n| > 1, необходимым ó словием начальных

ó словий процесса приведения при i = 1, 2, ..., n,n + 1, ã де | x i + 1| = U n, является след ó ющее:

–sign( x i , 0) = sign( x i + 1, 0).

Рис. 3. Оê ончание процесса при неоãраничении времени по-следнеãо интервала

x · i 1–

1T i 1–

---------



58

Несоблюдение необходимоãо ó словия явля-ется достаточным ó словием для оãраничения

времени последнеãо интервала.На рис. 4 поê азаны ãрафиê и, аналоãичные

ãрафиê ам рис. 3, но переê лючение произойдет вточê е B при ó словии x n, (n – 1) < 1.

Точê а B является точê ой эê стрем ó ма, и сê о-рость ê оординаты x n изменит свой знаê. В этом

сл ó чае возможны пересечения ê оординат x n – 1с x n — точê а C на рис. 4. Время последнеãо ин-тервала, пол ó ченноãо из ó словия, что x n m 1в точê е B , оãраничено: t n < T nln2.

Если же начальные ó словия | x n, 0| < 1, то на всех

интервалах ó правления x n не может быть боль-ше 1 и время последнеãо интервала оãраничено.

Рассмотрим объемы дв ó х сеê торов L — "ó с- ловных ê вадрантов" по отношению ê общем ó пространств ó состояний. Для объеê та второãо

порядê а это составляет два "ó словных ê вадранта"из четырех , для объеê та третьеãо порядê а — два

из восьми "ó словных ê вадрантов", для четверто-ãо — два из шестнадцати и т. д. (2 из 2n ê вадран-тов). Матрицы пересчета ê оординат из одноãо

базиса в др óãой приведены в работе [6].

Неоãраниченность времени последнеãо ин-тервала (t n > T nln2) в "ê вадрантах " L соответст-в ó ет необходимом ó ó словию, поэтом ó в "ê вад-рантах " L есть таê ие области начальных ó словий,

для ê оторых время оãраничено неравенством

t n < T nln2.Таê, время t n б ó дет оãраничено, если ê оорди-

ната x n войдет на n – 2 интервале в зон ó | x n, 0| < 1,что еще более расширяет область начальных ó сло-вий с оãраничением времени последнеãо интервала.

На рис. 3, 4 ó правление на предпоследнем

интервале U = 1 является асимптотой ê оорди-наты x n, (n – 1). Увеличение времени последнеãо

интервала б ó дет стремиться ê н ó лю, а время —

ê óê азанном ó предел ó при ó величении временипредпоследнеãо интервала или времени всеãо

процесса приведения. Это еще больше соê ратит

множество начальных ó словий по ó словию (1)при незначительном ó величении предела вре-мени последнеãо интервала.

Из оãраничений времени t n след ó ет оãрани-чение ошибê и недоведения. В пространстве со-стояний ошибê а недоведения соответств ó ет

дв ó м отрезê ам траеê торий x i , взятым соответ-ственно при U = 1 и U = –1 на интервале времени

0 < t n < T nln2, пол ó ченным при последователь-ном интеãрировании в обратном времени от н ó-

левой ê онечной точê и приведения.

Область начальных ó словий оãраничения

времени последнеãо интервала может охваты-вать бо ´ льш ó ю область, чем область, оãраничен-ная ó словиями (1) и (2).

Управление в n – 2 интервала. Время послед-неãо и предпоследнеãо интервалов б ó дет оãра-ничено, если на момент оê ончания n – 2 интер-вала | x n| < 1 и | x n – 1| < 1. Пересечение ê оординат

произойдет в точê е С (см. рис. 4).Решение трансцендентноãо ó равнения по-

ê азывает, что в этом сл ó чае t n < λn–1ln2, а время

предпоследнеãо интервала является ф ó нê цией,зависящей и от соотношения ê орней

t n – 1 = f .

Графичесê ое представление этих ф ó нê ций

по ар

ãó мент

ó λn/λn – 1 по

ê азано

на

рис

. 5.Пред

-ставленные ф ó нê ции пол ó чены при ó словии,что ê оордината точê и С равна –1 или начальные

ó словия n – 1 интервала | | = 1, | | = 1.

При ó словии, что ордината точê и С больше

по мод ó лю, чем единица, ê оординаты U и

не пересеêó тся и б ó дет монотонно ó мень-

шаться (см. рис. 4), а после пересечения ê оор-

Рис. 4. Оê ончание процесса при оãраничении времени по-следнеãо интервала

λn 1–

λn

λn 1–

----------;

⎝ ⎠⎜ ⎟⎛ ⎞

x n0 x n 10–

x nn 1–

x nn 1–



59

7. 2015

динаты с ê оординатой x n – 1 ê оордината

x n – 1 б ó дет монотонно ó величиваться. Коорди-

ната x n – 2 после пересечения с ê оординатой x n – 1

б ó дет монотонно ó меньшаться. В этом сл ó чаевремена последнеãо и предпоследнеãо интерва-

лов б ó д ó т оãраничены, если начальные ó словия

не соответств ó ют ó словию (1), с той разницей,что –sign( x n, 0) = sign(U n).

Предел времени последнеãо интервала (см.рис. 5) становиться меньше, чем t nln2, а предел

времени предпоследнеãо интервала — больше,чем t n – 1ln2. Увеличение предела времени пред-последнеãо интервала объясняется тем, что

на входе второãо слева апериодичесê оãо звена

(см. рис. 2) действ ó ет нерелейная величина, со-ответств ó ющая заê он ó U sign( f ( x )), а ê оордина-та, изменяющаяся во времени по заê он ó

U sign( f ( x )) ,

ã де время t отсчитывается от момента переê лю-чения, поê азатель степени отрицательный, U

берется по мод ó лю, а f ( x ) = 0, ã де x — веê тор пе-ременных состояния, это ó равнение ãиперпо-

верхности оптимальноãо переê лючения.При ó величении отношения постоянных вре-

мени первоãо и второãо апериодичесê их звеньев

(см. рис. 2) влияние эê споненты ó меньшается ипредел времени стремится ê значению t n – 1ln2.

При соотношении ê орней λn/λn – 1 > 10 зна-

чение t n – 1 ≈ ln2.

Для этоãо сл ó чая начальных ó словий мето- дичесê ой ошибê ой недоведения б ó дет дв ó мерная

поверхность в пространстве состояний, являю-щейся частью ãиперповерхности оптимальноãо

переê лючения при оãраничении на время ин-теãрирования t n и t n – 1 в обратном времени от

ê онечной точê и приведения.

Управление в n – i интервалов. Методиê а оп-ределения ошибоê распространяется и на сл ó чай

ó правления в m интервалов при соответств ó ю-щих оãраничениях на начальные ó словия. Пре-

делы оãраничений времени n, n – 1, n – 2 интер-валов

определяются

расчетами

процессов

при

начальных ó словиях , равных единице для ê оор- динат x n, x n – 1, x n – 2.

Таê им образом, в статье поê азано, что для

обширной области начальных ó словий время

последних интервалов оãраничено, с чем связано

оãраничение методичесê ой ошибê и недоведе-ния состояния объеê та до ê онечной точê и при

ó правлении за меньшее ê оличество интервалов,чем n. Следовательно, с инженерной точê и зре-ния, ó правление в m интервалов возможно, ê оã да

методичесê ая ошибê а мала по сравнению с ин-стр ó ментальными ошибê ами при обязательном

оãраничении на начальные ó словия ó правления. Для приближенных оценоê возможности ред ó-цирования при обязательных оãраничениях на

начальные ó словия можно последовательно от-брасывать апериодичесê ие звенья, считая, что

предел оãраничения времени i -ãо интервала ра-вен t i ln2, что дает возможность оценê и поãреш-ности недоведения при большом отношении

x nn 1–

Рис. 5. Резó льтаты расчета по оãраничению времени двó хпоследних интервалов

1 e

t

T n----

–

⎝ ⎠⎜ ⎟⎜ ⎟⎛ ⎞

1λn 1–

----------



близлежащих ê райних левых ê орней на ê орне-вой плосê ости.

Если методичесê ая ошибê а ó правления в

два или три интервала велиê а и не соответств ó ет

техничесê ом ó заданию, необходимо опреде- лить число интервалов m, при ê отором методи-чесê ая ошибê а приемлема.

Вычисленная методичесê ая ошибê а может

явиться ориентиром о возможности ó меньше-ния ê оличества интервалов ó правления при ма-

лых начальных ó словиях . Если методичесê ая

ошибê а соизмерима с начальными ó словиями

(таê ое возможно при малых начальных ó словиях ),то ó правление в m интервалов должно опреде-

ляться ê онê ретными расчетами. В этом сл ó чае

времена интервалов малы и апериодичесê иезвенья работают ê аê интеãраторы.

Сопоставление ошибê и, определенной из

оãраничений времени интервалов, и величин

начальных ó словий определяет приемлемость

ó правлений за меньшее ê оличество интервалов.


1. Болтянсê ий В.Г. Математичесê ие методы опти-мальноãо ó правления. М.: На óê а, 1969. 408 с.

2. Павлов А . А . Синтез релейных систем, оптималь-ных по быстродействию. М.: На óê а, 1966. 392 с.

3. Смольниê ов Л.П. Синтез ê вазиоптимальных

систем автоматичесê оãо ó правления. Л.: Энерãия, Ле-нинãр. отд-ние, 1968. 168 с.

4. Дó наев В.И. Квазиоптимальные по быстродей-ствию системы автоматичесê оãо реãó лирования. М.:Энерãия, 1970. 64 с.

5. Каляев А .В. Расчет переходноãо процесса в ли-нейных системах п ó тем понижения порядê а диффе-

ренциальноãо ó равнения // Автоматиê а и телемеха-ниê а. 1959.6. Репниê ов А .В. Колебания в оптимальных систе-

мах автоматичесê оãо реãó лирования. М.: Машино-строение, 1968.

Жу pнал за pегист pи pован в Госуда pственном комитете P оссийской

Феде pации по печати. Свидетельство о pегист pации № 017751от 23.06.98. Уч pедитель: ООО " Машиност pоение—Полет"

Пе pепечатка мате pиалов Обще pоссийского научно-технического

жу pнала " Полет" возможна п pи письменном согласовании с pедакцией жу pнала. П pи пе pепечатке мате pиалов ссылка на Обще pоссийский

научно-технический жу pнал " Полет" обязательна

ООО " Машиност pоение—Полет", 107076,Мосê ва , Стромынсê ий пе p., 4

Pедаê тоpы номеpа Л . А. Гильбе pã, О .Г . К pасильниêова

Т й Е В К К З В Н

Documents

Polyot Journal 2015.07