Мобильная башня обслуживания 1-ого типа для РН Союз-СТ.

Причины строительства стартового комплекса и МБО для РН Союз-СТ на космодроме во Французской Гвиане :

1) Большинство запусков происходило при помощи РН Ариан 5 (см рис.1). Ариан-5 являлась ракетой-носителем тяжелого класса и ее использование для запуска относительно легких спутников с массой до 10 тонн было экономически нецелесообразно. Необходимо было снизить затраты на запуск определенных геометрических размеров спутников.

2) Ракета носитель легкого класса Вега (см. рис.1), стартовый комплекс для которой создавался в Гвиане, позволял выводить на низкую околоземную орбиту полезные нагрузки массой до 2 тонн. Что также не соответствовало определенному геометрическому размеру и массе более крупно-габаритных спутников.

3) Применение «Союзов» позволило европейскому космическому агентству (ESА) оптимизировать затраты на запусках космических аппаратов средней массы (от 2 до 9 тонн), а также выводить с помощью модуля «Фрегат» спутники на полустационарную орбиту.

Рис.1 Виды РН, которые используются Европейским космическим агентством для запуска спутников.

В связи с особым климатом Южной америки возникла необходимость возведения похожего сооружения как и для других ракет - мобильной башни обслуживания (МБО) для Союза. С целью простоты обслуживания и ремонта и независимого обслуживания частей РН до момента старта в вертикальном положении в закрытом сооружении.

В техническом задании на проектирования мобильной башни обслуживания указывалось следующее:

1) Обеспечение сборки частей РН "Союз -СТ" и головной части в вертикальном положении;

2) Обеспечение удобного доступа персонала к РН "Союз -СТ" и космическому аппарату;

3) Обеспечение экстренной эвакуации персонала на нулевую отметку стартового сооружения.

4) Обеспечение укрытия РН "Союз -СТ", агрегатов стартового комплекса (стартовой системы, кабель-заправочной мачты и др.), персонала от атмосферных воздействий;

5) Размещение технических и вспомогательных систем: мостовой кран, лифт, средства управления и энергоснабжения, средства освещения, водопровод, канализация, средства контроля доступа персонала, систем газового контроля.

В январе 2005 года было готово предложение на мобильную башню от нескольких фирм, в том числе от ЦНИИ ПСК им.Мельникова, которое предусматривало несущую конструкцию весом 2200 тонн и с учетом полезной нагрузки от оборудования – 2800 тонн (см. рис.2). Массивность конструктивных элементов МБО объяснялась высокими требованиями жесткости несущей конструкции МБО, которая должна была воспринимать не только ураганные нагрузки, но и вес головной части – 25 тонн, встроенный кран весом 20 тонн и обеспечивать минимальные деформации МБО в несколько миллиметров при перемещении ее по рельсам и деформации не более 60 миллиметров на уровне 36 метров – площадки для обслуживания головной части РН «Союз».

•На конкурс конструкций МБО в КБОМ им.В.П.Бармина были представлены проекты от трех организаций. Рассматривались 33 критерия, прежде всего технические аспекты соответствия техническому заданию КНЕС и требованиям европейских директив и стандартов.

Рис. 2. Вариант ПСК им.Мельникова. Масса 2200 т. Полезная нагрузка ~600т.

По 30 критериям вариант МБО Компании «Мир» был признан лучшим. В мае 2005 года на основе конкурса был подписан контракт на проектирование, изготовление и возведение на космодроме в Куру в Гвиане МБО для ракет «Союз» между ООО «Компания «МИР» и ФГУП КБОМ им.В.П.Бармина (фактически с КБОМ Министерства Обороны РФ). Отдельным контрактом Компании «Мир» поручалось спроектировать и изготовить поворотные площадки МБО для обслуживания РКН на всех уровнях с высоты 7,2 метра до 36 метров.

Рис. 3. Фасад МБО от компании МИР. Масса 285 т.

Уменьшение веса МБО позволило:

1) уменьшить стоимости при изготовлении

2) удешевить перевозку

3) упростить и ускорить монтаж

4) уменьшить нагрузки на опорную бетонную конструкцию

5)уменьшить в 8 раз количество колесных блоков

6) удешевить бетонную часть космодрома.

Проектирование велось на принципах:

1.Анализ предельных состояний частей

2.Анализ опасностей отказов частей МБО

3.Анализ вероятности отказов

4.Анализ тяжести последствий возможных отказов

5.Меры по уменьшению рисков

6.Управление рисками при проектировании, изготовлении и эксплуатации

7.Анализ отказобезопасности и надежности

8.Анализ технико-экономической эффективности.

Проектирование МБО осуществлялось с использованием сертифицированного программного обеспечения AUTODESK INVENTOR, Solid Works в три этапа:

•1) эскизный проект → 2) предварительный проект → 3) детальный проект

• По каждому из этапов (обычно в конце этапа) проводились обзорные совещания: по завершении этапа

2) – PDR – обзор предварительного проекта; по завершении этапа

3) – CDR – критический обзор проекта.

После рассмотрения документов по каждому этапу и устранения замечаний Заказчика проводилось последовательное одобрение проекта.

Конструкция спроектирована и рассчитана с учетом возможностей модернизации и переноса мостового крана с высоты 45 метров до 52-х метров (на потенциал развития).

Расчеты прочности выполнены с использованием лицензированного конечно-элементного программного комплекса MSC.NASTRAN в соответствии с требованиями стандартов:

•Regles NV 65;

•Regles CM 66;

•Eurocode 1– Part 2-4;

•Eurocode 3 (DD ENV 1993-1-1:1992).

•Всего для всех скоростей и направлений ветра и сочетания нагрузок были выбраны 17 расчетных случаев.

•Были выпущены 90 расчетных записок, в которых приведены результаты расчетов отдельных элементов конструкции МБО.

МБО состоит из:

•130 000 оригинальных деталей

•3 500 сварочных сборочных единиц

•70 управляемых агрегатов.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ОБЩЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ:

Рис. 4. Эпюры комбинированных напряжений с учетом изгиба на сжатом волокне, кгс/мм2. Скорость ветра V=28.6 м/с

Рис. 5. Перемещения по оси Y, мм. Скорость ветра V=28.6 м/с

Рис. 6. Эпюры комбинированных напряжений с учетом изгиба на сжатом волокне, кгс/мм2. Скорость ветра V=18 м/с

Рис.7. Перемещения по оси Y, мм. Скорость ветра V=18 м/с

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ ШТОРМОВЫХ УПОРОВ:

Рис. 8. Схема нагружения и закрепления.

Рис. 9. Эквивалентные напряжения, кгс/мм2

Расчеты прочности покрытия крыши:

Расчетный случай РС10 (1*Wy37.8 + 1*G)

Рис. 10. Эпюры комбинированных напряжений в элементах конструкции, кгс/мм2. Скорость ветра V=37.8 м/с

Рис. 11. Звено покрытия крыши .Эпюры комбинированных напряжений в элементах конструкции центрального блока, кгс/мм2

Рис.12. Эпюры комбинированных напряжений в элементах конструкции бокового блока, кгс/мм2

Результаты расчета прочности тележек, оснащенных гидроприводами:

Рис.13. Эпюры комбинированных напряжений, кгс/мм2. При перемещении гидроприводами.

Рис 14. Эпюры комбинированных напряжений, кгс/мм2. При торможении МБО.

Расчеты прочности колес и рельсов:

Рис. 15. Схема нагружения.

Рис.16. Эквивалентные напряжения, кгс/мм2

Изготовление МБО для Французского космодрома Куру.

В связи с рейдерским захватом завода «МИР» в январе 2007 года с помощью КБОМ им. В.П. Бармина и Роскосмоса производство МБО было организовано на четырех промышленных площадках:

Конструкторское бюро общего машиностроения (КБОМ). Цех сборки крыши.

Рис.17. Изготовление ферм и связей покрытия на в цеху г. Москва. ул. Байкальская.

Рис. 18. Сварка профилей основных ферм.

Рис.19. Сборка и подгонка покрытия крыши МБО.

Рис. 20. Сборка и сварка подкрановых балок. Сварка элементов тележек. см. рис.14.

Объемная сборка проема северных ворот.

Рис. 21. Сборка проема ворот на ферме №1. Нахабино

Рис. 22. Монтаж воротной секции. Нахабино

•Химки (изготовление тележек, поворотных площадок, лестниц)

Рис. 22. Сборка поворотных площадок. Отметки. 7,2м по 9.5м. См. рис. 3.

Рис. 23. Сборка ходовых тележек с приводными валами. И зубчатыми передачами. В перевернутом виде.

•НИЦ РКП – пос. Реммаш Сергиево-Посадского р-на.

ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ СБОРКА

Рис. 24. Объемная горизонтальная сборка двух нижних полубашен. см. рис.3

Рис. 25. Начало вертикальной сборки. Фиксация тележек на рельсах.

Рис. 26.1. Сборка полубашен на стационарных опорах.

Рис. 26.2. Посекционная сборка верхних элементов башни.

Рис. 27. Завершение контрольной сборки. Покраска воротных систем.

Рис. 28. Завершение контрольной сборки.

Рис. 29. Испытание подкрановых балок грузом перед сборкой крыши.

СБОРКА И МОНТАЖ КОНСТРУКЦИИ МБО В ГВИАНЕ

Рис. 30. Установка двух нижних полубашен, их связей. И лестниц эвакуации. Тележка слева.

Рис. 31. Узлы крепления основания нижней платформы МБО.

Рис. 32. Мобильная башня обслуживания в полусобранном виде на фоне СК Союз.

Сети обслуживания РН и МБО.

Рис.33. Лотки прокладки кабелей и трубы.

Рис.34. Прокладка кабелей в закрытых лотках

Рис. 35. Шкаф управления.

Источники:

1) Мобильная Башня Обслуживания [МБО] для ракет-носителей Союз-СТ в Гвианском Космическом Центре [ГКЦ].

2) Семейство РН Союз CТ.

3)Мобильный портал (МП) семейств РН Vega. Инженерия.