El KTDU-80 ( Ruso : Корректирующе-Тормозная Двигательная Установка, КТДУ ) es el último de una familia de sistemas de propulsión integrados que KB KhIMMASH ha implementado para Soyuz desde Soyuz-T . Integra propulsión principal, RCS y control de actitud en un solo sistema a presión alimentado desde un sistema propulsor presurizado redundante de doble cadena común. El propulsor común es UDMH y N 2 O 4 y la unidad de propulsión principal es el S5.80motor principal. Genera 2,95 kN (660 lbf) de empuje con una presión de cámara de 880 kPa (128 psi) y una expansión de boquilla de 153,8 que le permite alcanzar un impulso específico de 302 s (2,96 km / s). Está clasificado para 30 arranques con un tiempo de disparo total de 890 segundos. El sistema integrado sin presurización ni tanques pesa 310 kg (680 lb); tiene 1,2 m (47 pulgadas) de largo con un diámetro de 2,1 m (83 pulgadas). [1] [2] [3]
País de origen | Rusia |
---|---|
Fabricante | KB KhIMMASH |
Predecesor | KTDU-35 |
Estado | En producción |
Motor de combustible líquido | |
Propulsor | N 2 O 4 / UDMH |
Ciclo | Alimentado por presión |
Actuación | |
Empuje | 2,95 kN |
Presión de la cámara | 880 kPa |
Impulso específico | 302 s |
Quemar tiempo | 890 s |
Rango de cardán | 5 |
Dimensiones | |
Largo | 1,2 m |
Diámetro | 2,1 millones |
Utilizado en | |
Soyuz |
Descripción
El sistema KTDU-80 integra un sistema de presurización y propulsor redundante de doble cadena, un sistema de propulsión principal (el SKD ), un RCS (el DPO-B ) y un sistema de control de actitud (el DPO-M ). Todos los elementos de propulsión son motores de cohetes alimentados a presión que queman UDMH y N 2 O 4 con un suministro común de propulsor presurizado. [1] Mecánicamente, el KTDU-80 está separado en dos secciones:
- Unidad básica (BB) ( Ruso : ББ, Базовый Блок ): Es la propulsión principal e incluye todo el sistema de almacenamiento y presurización del propulsor. Se subdivide en tres subsistemas:
- Sistema de Presurización Neumática : Es el sistema que mantiene presurizados todos los tanques y líneas y garantiza que se mantenga la presión de trabajo correcta en los subsistemas de almacenamiento y propulsión. Dado el uso de motores alimentados a presión , este subsistema es crítico y una falla podría significar que la tripulación se quede varada en el espacio.
- Sistema de suministro de propulsor : Asegura el suministro de propulsor a los motores de maniobra orbital. Incluye almacenamiento y distribución de propelente.
- Motor de maniobra orbital (SKD) ( ruso : ББ, Сближающе-корректирующий двигатель (СКД) ):
- Subsistema de propulsor de control de actitud / atraque (DPO) ( Ruso : ДПО, Подсистема двигателей причаливания и ориентации ): Es un sistema de control de reacción y actitud. Está compuesto por dos subsistemas:
- El subsistema de suministro de propulsante redundante.
- Los propulsores de atraque / control de actitud (DPO) (en ruso : ДПО, Двигатели причаливания и ориентации ): Estos son todos los propulsores utilizados para controlar los movimientos de actitud y traducción. Tiene dos juegos diferentes de propulsores:
Cada subsistema se describe en las siguientes secciones. [1]
Sistema de presurización neumático
El sistema de presurización neumático tiene tres funciones principales:
- Almacenamiento de gas He a alta presión .
- Suministro de presión operativa para el vacío del tanque de propulsor.
- Suministro de presión de funcionamiento para el accionamiento de las válvulas de accionamiento neumático de la propulsión principal (SKD).
El sistema cuenta con cuatro tanques de gas presurizador esféricos en dos circuitos separados. Cada circuito conecta dos tanques y tiene su transductor de presión individual, válvulas, regulador de presión y válvulas accionadas eléctricamente. Los circuitos están separados por dos válvulas accionadas por gatillo que permiten compartir ambos circuitos, utilizar uno solo o utilizar ambos sistemas de forma independiente. El helio se almacena inicialmente a 34,32 MPa (4978 psi) y se regula a 1,75 MPa (254 psi), con una presión máxima de 2,15 MPa (312 psi) y un mínimo de 1,37 MPa (199 psi), que es el mínimo requerido. presión para activar las válvulas accionadas neumáticamente del SKD. [1]
Suministro de propulsor
La función del subsistema de suministro de propulsor es garantizar el suministro de propulsor dentro de los parámetros operativos requeridos de los motores. Utiliza dos tanques de combustible y dos de oxidante en dos circuitos separados. Se divide en tres circuitos de alimentación de propulsante:
- Circuito de propulsión principal (SKD): alimenta al SKD (motor principal S5.80) a través de una serie de válvulas accionadas neumáticamente a través de dos líneas redundantes.
- Primer circuito DPO: alimenta todos los propulsores de alto empuje (originalmente 14 DPO-B, luego 16) y la mitad de los propulsores de bajo empuje (seis DPO-M) a través de una línea controlada por válvulas accionadas electrohidráulicamente .
- Segundo circuito DPO: suministra propulsor a la otra mitad (seis DPO-M) de los propulsores de bajo empuje, también a través de válvulas accionadas electrohidráulicamente.
El primer y segundo circuito DPO están conectados a través de válvulas accionadas electrohidráulicas que permiten la transferencia de propulsor entre líneas en caso de falla de un circuito de presurización o almacenamiento de propulsor. Entonces, el sistema tiene circuitos duales y redundantes en todas sus etapas. La carga total de propulsor puede variar entre 440 kg (970 lb) y 892 kg (1.967 lb). [1]
Propulsión principal (SKD)
Su unidad de propulsión principal, utiliza el único motor principal S5.80 ( SKD ). Está montado en un cardán accionado electromecánicamente que le permite girar ± 5 ° en cabeceo y guiñada. También tiene una tapa de boquilla de motor accionada electromecánicamente que tarda 15 segundos en abrirse y 25 segundos en cerrarse. Todo el suministro de propulsor tiene circuitos redundantes. [1] El S5.80 genera 2,95 kN (660 lbf) de empuje con una presión de cámara de 0,88 MPa (128 psi) y una expansión de boquilla de 153,8 que le permite alcanzar un impulso específico de 302 s (2,96 km / s) . Está clasificado para 30 arranques con un tiempo de disparo total de 890 segundos. [3]
Propulsores de control de actitud / atraque (DPO)
El subsistema de propulsores de control de posición y atraque se compone de dos tipos de propulsores:
- El DPO-B de alto empuje ( ruso : ДПО-Б ): El KTDU-426 original usaba el 11D428 (designación del fabricante RDMT-135 ). KTDU-80 usó inicialmente el 11D428A , la versión posterior usa la eficiencia mejorada 11D428A-16 . Todas las versiones han sido suministradas por NIIMash . Desde el KTDU-426 original hasta Soyuz TMA-4, el KTDU usó 14 DPO-B. Desde Soyuz TMA-5 y todas las Soyuz-TMA-M han usado 16 propulsores DPO-B. Estos se pueden usar para maniobras de atraque y desatraque, para control de actitud y, en caso de falla del motor principal del SKD, para quemar fuera de órbita. Cuando se utilizan en esa función, se denominan DPO-BT (en ruso : ДПО-Бт ). [1] El 11D428A-16 genera 129,16 N (29,04 lbf) de empuje con una presión de entrada de 1,76 MPa (255 psi) y alcanza un impulso específico de 291 s (2,85 km / s). Está clasificado para 500.000 encendidos con una duración máxima de quemado total de 2.000 segundos. [4]
- El DPO-M de bajo empuje ( ruso : ДПО-М ): KTDU-426 usó el 11D427 , y KTDU-80 usó inicialmente el 11D427M mejorado, pero las versiones posteriores cambiaron a S5.142 (nombre del fabricante DST-25 ). El DPO-M solo se puede utilizar para control de actitud. [1] El S5.142 genera 25 N (5,6 lbf) de empuje con una presión de cámara de 0,8 MPa (120 psi) y alcanza un impulso específico de 285 s (2,79 km / s). Está clasificado para 300.000 encendidos con un tiempo de disparo total de 25.000 segundos. [5]
Historia
La Soyuz original tenía un sistema de corrección orbital separado ( KTDU-35 ) de su sistema de orientación. Este último, integró un sistema de control de reacción llamado DPO y el sistema de control de actitud , llamado DO . El KTDU-35 tenía un motor de corrección orbital principal SKD , el S5.60 y un motor de corrección orbital de respaldo DKD , el S5.35 . Estos dos eran motores generadores de gas que quemaban UDMH y AK27I . Los propulsores DPO y DO, por otro lado, eran cohetes monopropelentes alimentados a presión que usaban la descomposición catalítica de H 2 O 2 para generar empuje. Tener sistemas tan diferentes con diferentes ciclos, propulsores y sistemas de alimentación agregó modos de falla y requirió equipo de respaldo pesado, como el motor de reserva de órbita, el S5.35. [4]
Para el Soyuz-T (primer vuelo en 1979), el OKB-2 de Isayev desarrolló para TsKBEM un sistema de propulsión integrado, el KTDU-426 . Una ventaja de este sistema es que dado que el DPO podría usarse como respaldo de la propulsión principal para la corrección de la órbita y las maniobras de desorbitación, no hubo necesidad de agregar una propulsión principal de respaldo (el DKD S5.35 en el sistema anterior). Pero, lo que es más importante, podrían implementar una redundancia más amplia al tiempo que reducen la masa del sistema. Y al cambiar todos los motores al mismo propulsor, todas las reservas podrían consolidarse reduciendo aún más la masa. También cambiaron a un propulsor UDMH y N 2 O 4 más eficiente y almacenable , lo que mejoró aún más el rendimiento. [6] El sistema de control de actitud de la cápsula de reentrada todavía utiliza la descomposición catalítica de H 2 O 2 , pero es un sistema completamente separado.
Para esta versión del KTDU, utilizaron el ciclo de alimentación a presión para todos los motores de cohetes y propulsores consolidados en la combinación UDMH / N 2 O 4 , que proporciona una densidad superior e impulso específico y puede almacenarse durante años en el espacio. Para el motor de corrección orbital (SKD), desarrollaron el 11D426 . Aunque menos potente que el S5.60 (3,09 kN (690 lbf) frente a 4,09 kN (920 lbf)), mejoró la eficiencia con un impulso específico de 292 segundos (el S5.60 tenía 278 s). [7] Además, el cambio al ciclo de alimentación a presión eliminó el uso de turbobombas y sus problemas asociados de costos y confiabilidad. Y también permitió la reducción del tiempo mínimo de combustión y los transitorios del motor, ya que no hubo histéresis de arranque y apagado de la turbina. [8]
Para el nuevo y mejorado RCS de alto empuje (DPO-B), conocido como 11D428 , mantuvieron el uso de 14 propulsores, pero en lugar de monopropulsor de H 2 O 2 utilizaron el mismo ciclo y propulsor que el 11D426 SKD. También aumentan el empuje de los 98 N (22 lbf) anteriores a 137,2 N (30,8 lbf). Esto permitió que el DPO-B actuara como motor de respaldo para la maniobra de desorbitación, lo que eliminó la necesidad del motor de desorbitación de respaldo (el DKD), simplificando aún más el sistema. Para el sistema de control de actitud de empuje bajo (DPO-M), utilizaron el nuevo 11D427. El número de motores se incrementó de 8 a 12 y el empuje aumentó de 14,7 N (3,3 lbf) a 24,5 N (5,5 lbf). [7] [8]
La introducción de Soyuz-TM en 1986 vio una nueva revisión del sistema de propulsión, el KTDU-80 . Fue una revisión evolutiva del sistema KTDU-426, más bien una transición revolucionaria como la realizada desde el KTDU-35. El subsistema de suministro de propulsante cambió a diafragmas metálicos para la presurización del tanque. El motor principal SKD se cambió al nuevo S5.80 . Aunque es un poco menos potente que el 11D426 con 2,95 kN (660 lbf), el impulso específico aumentó a 302 s (2,96 km / s) y el tiempo de combustión total aumentó de 570 segundos a 890. El DPO-M de bajo empuje inicialmente utilizó el 11D427M , un versión mejorada del 11D427 que aumentó el empuje a 26,5 N (6,0 lbf). Pero debido a problemas de fabricación, estos se cambiaron más tarde (por Soyuz TM-23 ) al S5.142 (nombre del fabricante DST-25 ). [5] Dado que el S5.142 carece de un transductor de presión en su cámara de combustión principal, la aviónica tuvo que ser modificada. Por otro lado, este cambio permitió al DPO-B mantener el PAO alejado de la cápsula de reentrada después de la separación. [8]
El sistema DPO-B de alto empuje inicialmente mantuvo el 11D428A utilizado en el KTDU-426. Dado que el DPO-B también actúa como motor de respaldo para el SKD principal, siempre tienen que mantener una reserva de propulsor en caso de falla del SKD que es un peso muerto. Así, en 1993 se inició un proyecto para desarrollar una versión más eficiente, el 11D428A-16 . Durante una serie de vuelos ( M-36 , M-37 y M-38 ) Progress-M voló con un juego parcial de 11D428A-16. Por Progress M-39 voló con un juego completo de 11D428A-16, y finalmente Soyuz TM-28 marcó el debut del cambio a 11D428A-16 para la nave tripulada, lo que significó un ahorro de 30 kg (66 lb). [8]
La experiencia de la Estación Espacial Internacional trajo algunos cambios adicionales. La experiencia había demostrado que durante las operaciones de atraque, solo dos DPO-B estaban disponibles para operaciones de aborto. Así, el 23 de octubre de 2002 se inició formalmente un proyecto para agregar dos DPO-B adicionales, lo que elevó el número total de motores DPO de alto empuje a 16. Soyuz TMA-5 fue la primera nave espacial en volar con esta nueva configuración. Con Soyuz TMA-11M debutó una nueva disposición de los propulsores DPO-B. Pero esta es una configuración específica de la nave espacial y no significa ningún cambio en el KTDU-80 per se. [8]
Las nuevas naves espaciales Soyuz-MS y Progress-MS tienen una evolución del KTDU-80. Ahora los 28 propulsores son DPO-B de alto empuje, dispuestos en 14 pares. Cada circuito de suministro de propulsor maneja 14 DPO-B, con cada elemento de cada par de propulsores alimentado por un circuito diferente. Esto proporciona tolerancia total a fallas por fallas en el propulsor o en el circuito del propulsor. [9] [10]
Versiones
Este motor ha tenido dos variaciones principales:
- KTDU-426 ( Índice GRAU 11D426 ): Esta fue la versión original desarrollada para el Soyuz-T que reemplazó al KTDU-35 de la generación anterior Soyuz . [11] Se integró en la unidad KTDU, el sistema de control de reacción (DPO), el control de actitud (DO) y la propulsión principal (SKD y DKD) en un solo sistema. La nueva disposición permitió el uso del DPO como respaldo para el motor de órbita y, por lo tanto, se eliminó el DKD. El SKD usó el nuevo 11D426 , que si bien tenía menos empuje, tenía un mejor impulso específico y, por lo tanto, reducía la masa total. Los mismos elementos se utilizaron en la propulsión de la estación espacial S5.79 . [8] [12]
- KTDU-80 : Desarrollado entre 1968 y 1974 años para Soyuz-TM , todavía se usa con ligeros cambios en Soyuz-TMA-M . Para los tanques, cambiaron a un diafragma metálico para la presurización. [13] El motor principal del SKD se cambió al más eficiente S5.80 . Inicialmente usaron el 11D427M mejorado para DPO-M, pero con Soyuz TM-23 cambiaron los modelos al S5.142 por razones de fabricación. Inicialmente, el 11D428A se utilizó como DPO-B. Pero se ha cambiado al 11D428A-16 para reducir el peso muerto. Desde Soyuz TMA-5 , se agregaron dos DPO-B adicionales para duplicar el empuje en caso de un aborto durante las maniobras de atraque. [8] [14]
- KTDU-80 (Soyuz MS) : aunque a junio de 2016 no se sabe si todavía se llama KTDU-80, la versión Soyuz-MS y Progress-MS del sistema de propulsión ha reemplazado todos los DPO-M con DPO-B, y ahora los circuitos de alimentación de propelente y presurización son completamente simétricos con 14 DPO-B cada uno. [9]
Ver también
- S5.80 - Motor de propulsión principal (SKD).
- 11D428A - Motor de alto empuje del sistema de control de reacción (DPO-B).
- S5.142 - Motor de bajo empuje con sistema de control de reacción más reciente (DPO-M).
- KTDU-35 : versión anterior del sistema de propulsión Soyuz.
- KB KhIMMASH - Desarrollador y fabricante del KTDU.
- NIIMash - Desarrollador del DPO-M 11D428A-16.
- Soyuz (nave espacial) : la familia de naves espaciales que están integradas con este sistema.
- Soyuz-T : versión de Soyuz que utilizó el KTDU-426.
- Soyuz-TM - Versión Soyuz que inauguró el KTDU-80.
- Soyuz-MS : versión Soyuz con un KTDU-80 significativamente diferente.
Referencias
- ↑ a b c d e f g h RKK Energia (junio de 1999). "3.17. Комбинированная Двигательная Установка (КДУ) (Sistema de propulsión combinado)". Manual de Operaciones de la Tripulación Soyuz (SoyCOM) (ROP-19) Final . NASASpaceFlight.com . págs. 122-129.
- ^ Brügge, Norbert. "Bloques de propulsión de naves espaciales (KDU) de la oficina de diseño de Isayev (ahora Khimmash)" . B14643.de. Archivado desde el original el 2 de junio de 2015 . Consultado el 2 de junio de 2015 .
- ^ a b "Двигатели 1944-2000: Аавиационные, Ракетные, Морские, Промышленные" [Aviadvigatel 19442-2000: Aviación, cohetería, naval e industria] (PDF) (en ruso). págs. 75–81 . Consultado el 25 de julio de 2015 .
- ^ a b "Motor cohete bipropelente de bajo empuje 11D428A" . NIIMash . 2009 . Consultado el 25 de julio de 2015 .[ enlace muerto permanente ]
- ^ a b "ЖРДМТ от 0,5 кгс до 250 кгс" [Motor a reacción de empuje pequeño de 0,5 kgf a 250 kgf] (en ruso). KB KhIMMASH . Consultado el 25 de julio de 2015 .
- ^ Chertok, Boris (mayo de 2009). "Capítulo 18 - Nacimiento de los Soyuzes". Rockets and People Vol. 3 - Días calientes de la Guerra Fría (PDF) . Volumen 3 (NASA SP-2006-4110). NASA . pag. 562. ISBN 978-0-16-081733-5. Consultado el 15 de julio de 2015 .
|volume=
tiene texto extra ( ayuda ) - ^ a b Ponomarenko, Alexander. "Основные двигатели разработки КБХМ" [Los principales motores producidos por KBKhM] (en ruso) . Consultado el 25 de julio de 2015 .
- ^ a b c d e f g Pillet, Nicolás. "Le système de propulsion du vaisseau Soyouz" [El sistema de propulsión de la nave espacial Soyuz] (en francés). Kosmonavtika.com . Consultado el 14 de julio de 2015 .
- ^ a b Zak, Anatoly (8 de julio de 2016). "Sistema de propulsión para la nave espacial Soyuz MS" . Web espacial rusa . Consultado el 9 de julio de 2016 .
- ^ Rob Navias (8 de julio de 2016). La nueva nave espacial Soyuz mejorada ( YouTube ). Estación espacial en vivo. NASA JSC . Consultado el 9 de julio de 2016 .
- ^ "KDU-426" . Enciclopedia Astronautica . Consultado el 25 de julio de 2015 .
- ^ "KRD-79" . Enciclopedia Astronautica . Consultado el 25 de julio de 2015 .
- ^ "KTDU-80" . Enciclopedia Astronautica . Consultado el 25 de julio de 2015 .
- ^ McDowell, Jonathan. "5.2: motores rusos" . Informe espacial de Jonathan . Consultado el 25 de julio de 2015 .
enlaces externos
- Página oficial de KB KhIMMASH (en ruso)