ГЕНПЛАН испытательные станции ИС-106
Включает в себя:
1) Хранилища криогенного топлива.
2) Стендовую систему B2.
В едином сооружении присутствуют 2 секции (см. рис. 1):
- Горизонтальный стенд В2а с тягой изделий до 200 тс
- Горизонтальный стенд B2b с тягой изделий до 50 тс
- Вертикальный стенд B2в с тягой изделий до 50 тс с имитацией высотных условий работы двигателя. Находится в отдельном сооружении (см фото 1 и рис. 2)
3) Стендовая система B3
В едином сооружении внутри присутствуют сразу 5 секций для испытаний:
Первые 5 секций под буквами B3а, B3б, B3в, B3г, B3д - это стенды испытания частей РН холодных имитационных испытаний:
- насосных агрегатов;
- модельных емкостей;
- трубопроводов и трубопроводной арматуры;
- подшипников и уплотнений и прочих узлов и деталей;
- криогенных баков на прочность в условиях, имитирующие штатные;
- Стенд B3e для испытания криогенных ступеней и разгонных блоков РН.
На фото 2. Спереди присутствуют откатные ворота с вертикальными лестницами. На верхнем уровне - 3 уровня откидных боковых обслуживающих площадок. На нижнем 1 уровень откидных боковых обслуживающих площадок. Дальше вниз идет приямок.
Примерный анализ предварительных геометрических размеров: Если принять Высоту установленного на стенд блока 9 м. То можно примерно прикинуть расстояние между площадками 4 м. Внизу до базы 1.5 м. Высота белой базы 2м. Ширина проема 7 м. Ширина дверей по 4 м. И т. д.
Прежде чем писать дальше должен себе позволить внести несколько сокращений и их расшифровок для более понятного изложения в дальнейшем:
РН-ракетоноситель
ДУ - двигательная установка;
ХСИ-холодные стендовые испытания
ОСИ-огневые стендовые испытания
ГСИ -газовые стендовые испытания
УКСС -универсальный комплекс стенд-старт космодрома Байконур.
КВТ - кислородно-водородное топливо
РБ - разгонный блок
12КРБ - 12 - комплекс РБ. КРБ - кислородно-водородный РБ
КВД1 - кислородно-водородный двигатель. 1- первого образца. Модификация КВД РД-56 недоведенной криогенной верхней ступени N1.
Захолаживание -продувка сухим агентом для баланса температур во избежания испарения криоагента из системы. Во время ее наполнения.
ГГ-газогенератор
КС-камера сопла
ПЭВМ-Персональная Электронно-Вычислительная Машина
Крейт — элемент конструктива, выглядящий как "блочок", предназначенный для установки стандартизированных плат расширения (модулей). Крейт сконструирован таким образом, чтобы его можно было установить в шкаф или стойку для оборудования или вытащить оттуда как единое целое.
Не буду здесь останавливаться на том, что эта уникальная станция испытаний не обеспечивала всего комплекса испытаний кислородно-водородной космической системы Энергия. Поэтому здесь в основном очень внимательно испытывались только кислородно-водородные ДУ и части РН на КВТ. Для больших целей в СССР требовался УКСС , который был построен на Байконуре.
Начало испытаний КВД1 на базе ИС-106:
Кислородно-водородный двигатель (КВД1) этой ступени предназначался для работы в условиях космоса(вакуума) с тремя включениями в полете и одном включении на контрольно-технологических испытаниях, то есть на базе ИС-106. Отработка двигателя проводилась на стендах B1 и B2. (см. рис. 1, и фото 4)
На стенде В1 проводилась экспериментальная отработка последовательных режимов:
1) Захолаживания и запуска двигателя с имитацией высотных условий.
Для чего стенд В2б был оснащен:
- барокамерой, в которой размещался двигатель;
- газодинамической трубой с клапаном-захлопкой;
- концевыми эжекторами для создания разрежения.
2) Понижение давления в барокамере при удалении воздуха насосами.
До давления 5 мм рт. ст. = 0,67 кПа
3) Воспламенение компонентов в ГГ и КС.
При давлении 250 мм рт. ст = 33 кПа
Для примера атмосферное давление, которое действует на нас у поверхности земли 760 мм.рт.ст или 101,3 кПа.
На стенде В2б (см. рис.1) проводились доводочные, завершающие доводочные, контрольно-технологические и контрольно-выборочные испытания этого двигателя. То есть последовательные эксперименты над этим двигателем. Чтобы потом в конце убедиться, что этот двигатель работоспособен и может вывести необходимую нагрузку в космос.
В период 1991-2000 гг. на стендах В1 б и В2б было проведено 119 огневых испытаний двигателя. Что делали с этим одним двигателем КВД1 конкретно на 119 ОСИ не ясно. Сведений об этой деятельности нигде не нашел.
Реконструкция стенда ВЗе и испытания РБ 12КРБ:
В 1998 г. была закончена первая реконструкция общего стенда ВЗе для холодных и огневых испытаний блока 12КРБ.
Одновременно был введен новый информационно-измерительный комплекс на базе локальных вычислительных сетей (ЛВС), который позволял вести технологические операции и управление изделием в автоматизированном режиме с обеспечением выдачи информации в реальном масштабе времени.
Была разработана и введена в строй новая резервированная микропроцессорная система управления автоматикой стенда и изделия, существенно расширяющая возможности автоматизации технологическими процессами.
Кардинально преобразована система измерения на базе ПЭВМ с крейт устройствами и единой сетью обмена данными, а на их основе - автоматизированные рабочие места обработки результатов испытаний. Что такое крейт- смотрите в расшифровке выше.
С 12 января по 2 декабря 1999 г. были проведены стендовые испытания блока 2ДИ 12КРБ, которые включали 8 испытаний
2-газовых испытания (2-ГСИ)
5-холодных испытаний (5-ХСИ)
1-огневое испытание.
Проведенные испытания позволили КБ «Салют» ГКНПЦ имени М.В.Хруничева выдать заключение на проведение ПКИ (проведение контрольных испытаний) блока 2Л 12КРБ в составе PH GSLV.
Испытание двигателей РД0146Д и РД0150 РБ:
Предварительно планировались ХСИ отдельных частей и агрегатов двигателя: например, агрегатов автоматики, БРС и пр.
Затем уже в собранном виде двигатель РД-0146Д планировалось экспериментально отработать в 2 этапа:
1) на стенде В2в (см. рис. 2) в следующей последовательности:
- с сопловыми насадками расширения сопла: fa = 114 и fa = 170
- имитацией высотных условий
- с многоразовым запуском и его ресурсом.
2) на общем стенде ВЗе (см. рис. 3) отработать РД-0146Д в составе РБ «КВТК-Двина» (см. рис. 4) по программам ХСИ и ОСИ.
А вот предварительный двигатель РД-0150 с повышенной тягой более 50 тс необходимо было экспериментально отработать только на стенде В2а (см. рис. 1)
Пожарная безопасность на общем стенде ВЗе:
Межотраслевая экспертная комиссия по безопасности испытаний в 1991 г. приняла решение о возможности проведения ХСИ и ОСИ ДУ разгонных блоков на стенде ВЗе с заправкой топливного бака ДУ жидким водородом объемом 2700 кг с риском в минус 4-й степени (одна авария на 10000 испытаний).
При этом ХСИ и ОСИ кислородно-водородных ДУ должны проводиться с выполнением специальных мероприятий по безопасности, включающих следующие конструктивные требования:
- для первых испытаний ДУ выполняется с более упрочненными баками;
- двигатель отделяется от баков защитным устройством;
- двигатель до начала испытаний в составе ДУ должен иметь коэффициент надежности не ниже 0,98, подтвержденный при автономных испытаниях;
- агрегаты и системы ДУ должны быть испытаны автономно на натурных компонентах;
- огневым испытаниям должны предшествовать холодные испытания ДУ;
- в баках ДУ должны быть установлены разделительные клапаны по магистралям питания окислителя и горючего, клапаны аварийного слива компонентов из баков, дополнительные дренажно-предохранительные клапаны, системы дополнительного наддува баков;
- должно быть предусмотрено применение в ДУ систем пожаро- и взрыво- предупреждения и аварийной защиты испытаний,
- должен быть обеспечен контроль опасных концентраций водорода и кислорода в отсеках стенда и ДУ, воспламенения и дожигания выбросов водорода из сопла двигателя;
- блоки ИУС должны быть в искрозащищенном исполнении.
Это лишь малый перечень тех мероприятиях, которые были введены на этой станции ИС-106 для предотвращения возможного взрыва или пожара.
В качестве эффективных ингибиторов применительно к горению смесей водорода в воздухе (и кислороде), содержащих более 10 % водорода, были предложены и испытаны олефиновые соединения, в частности пропилен (СЗН8), исследованные в работах Института структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН под руководством чл.-корр. РАН В.В.Азатяна.
Для предотвращения детонации водородно-воздушных смесей, реально встречающихся на практике составов, достаточная концентрация предлагаемого ингибитора составляет ~3 %, а для прекращения процесса горения требуется несколько большее количество ингибитора (до 4 %).
Регулирование закономерности горения и взрыва водородно-воздушных смесей достигается обрывом цепного характера воспламенения (взамен чисто тепловой теории воспламенения). Таким образом, разработанный в ИСМАН подход использования активных присадок (ингибиторов) в СПВП (системы пожаро-взрыво-предупреждения) открывает новые возможности для более безопасного проведения стендовых испытаний ступеней ракет с увеличенным количеством заправляемого жидкого водорода в топливный бак ДУ и рационального использования водорода в различных областях промышленности и техники.
Эти данные были подтверждены в совместных расчетно-экспериментальных исследованиях ФКП «НИЦ РКП» и ИСМАН, в договорных работах по тематической карточке НИР «Эксперимент-1-6» в 2009-2011 гг. Коэффициент охвата аварийных ситуаций, характеризующий способность современных САЗ обеспечивать выключение ЖРД до момента, когда двигатель начнет разрушаться, при этом должен быть равным не менее 0,8-0.9, т.е. система должна парировать около 80-90 % потенциально возможных отказов при испытаниях.
На стенде В2б 29 декабря 2021 года прошла экспериментальная отработка двигателя РД0146Д1.
Перспективы и новые испытания 2024-2028 г:
1) Разработан технический проект на подготовку стенда ВЗе к испытаниям РБ «КВТК-Двина» с одним двигателем РД-0146 D1 (см. рис.3 и 4) с заправкой уже более 2700 (3300) кг жидкого водорода в топливный бак ДУ с учетом мероприятий по пожарной безопасности этого стенда.
2) В случае необходимости отработки РБ с двумя двигателями РД-0146D1 с заправкой до 10 т жидкого водорода: то такие испытания можно проводить на стенде ВЗе с ограничением до заправки до 7 т в топливный бак ДУ с принятием дополнительного комплекса мер безопасности и постепенным усложнением программ испытаний. То есть другими словами. Нужна разработка технического проекта и программы на подготовку систем стенда ВЗе (см. рис. 3) с РБ «КВТК-Двина», работающих с двумя двигателями РД-0146D1
3)Для проведения испытаний РБ повышенной грузоподъемности с полной заправкой топливного бака и ступеней PH СТК (сверхтяжелого класса) с двигателем РД-0150 (более 7 т) целесообразно предусмотреть в планах развития космодромов создание УКСС на космодроме Восточный по аналогии с УКСС на Байконуре (см рис. 5). Другими словами. Нужна рабочая документация на строительство испытательного комплекса неподалеку от стартового комплекса КРК СТК космодрома Восточный. Выше комплекса Площадки 1А КРК Ангара.
Источники:
1. Испытания ДУ РКТ. Топливо, технологии, материалы для ДУ РКТ
3. Испытание ракетных двигателей больших габаритов РД-0120 РН Энергия.