Техника

Техника

наука

Космонавтика

оглавление

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КОСМОНАВТИКИ В МИРЕ

НАДЕЖНОСТЬ - ОСНОВА ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМ БУДУЩЕГО

Оптимизация стратегий развертывания и восполнения многоспутниковых космических систем по критериям надежности и стоимости

В конце 1970-х гг. в нашей стране и в США было начато решение задачи по разработке и развертыванию глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и Navstar. B составе которых должны были функционировать 24 полноразмерных КА (21 основной + 3 резервных). Существенное увеличение числа КА в системе значительно усложнило решение задачи развертывания в установленные сроки.

В 1990-е гг. стали весьма актуальны вопросы разработки и создания многоспутниковых систем на базе малых КА (программа "Гонец", Iridium, GlobalStar, Teledesic и т.д.), в составе которых планируется функционирование от 45 КА ("Гонец") до 288 (первоначально 840) КА (Teledesic).

Развертывание подобных систем в течение одного-двух лет представляет собой весьма сложную проблему. В настоящее время разработан методический подход к обоснованию оптимальных стратегий создания и восполнения многоспутниковых космических систем на базе полноразмерных и малых космических аппаратов по критериям стоимости и надежности.

Анализ и оценка основных показателей периода развертывания КНС Navstar и ГЛОНАСС позволяют отметить следующее:

  • существенные преимущества групповой схемы выведения проявились по трем критериям - время развертывания КНС, стоимость и надежность развертывания КНС (рис. 1...4). Время развертывания КНС Navstar вдвое превысило время развертывания КНС ГЛОНАСС (5 лет и 2,5 года), стоимость развертывания КНС Navstar (учтена только стоимость пуска) составила 960 млн дол.,стоимость развертывания КНС ГЛОНАСС составила 480 млн дол.;
Надежность развертывания КНС Navstar и ГЛОНАСС
Надежность развертывания КНС Navstar и ГЛОНАСС
Динамика развертывания КНС Navstar и ГЛОНАСС
Динамика развертывания КНС Navstar и ГЛОНАСС
Стоимость развертывания КНС Navstar и ГЛОНАСС
Стоимость развертывания КНС Navstar и ГЛОНАСС
Диаграмма развертывания и восполнения КНС Navstar на период 1989-2012 гг.
Диаграмма развертывания и восполнения КНС Navstar на период 1989-2012 гг.
  • уровень высокой надежности РН "Протон" и РН Delta-2 обусловил полную безотказность проведения развертывания КНС,однако расчетный уровень надежности развертывания КНС Navstar составляет 0,71, КНС ГЛОНАСС - 0,78.

Подтверждением различного уровня надежности развертывания является авария РН Delta-2 при восполнении КНС Navstar в 1997 г. (первый запуск новой модели КA Block-2R произведен 17 января 1997 г.).

Существенное уменьшение стоимости развертывания КНС ГЛОНАСС по сравнению с КНС Navstar достигнуто за счет использования РН, имеющей наилучший удельный показатель стоимости:

где СРН - стоимость РН; nКА - число КА, выводимых РН на орбиту; РРН - надежность РН.

Для РН "Протон-К" Суд = 20,62 млн. дол. на 1 КА, для РН Delta-2 Суд = 40,57 млн. дол. на 1 КА.

Максимальное число КА,вводимых ежегодно в систему, составило для КНС Navstar - 6; для КНС ГЛОНАСС - 9. Кроме резервных КА, выведенных на орбиту в период развертывания КНС Navstar, предусмотрен наземный резерв в составе четырех КА, который используется для восполнения в течение Тэ = 1 лет (период эксплуатации Тэ = 7 лет определяется расчетным сроком долговечности КА Block-2A). Учитывая значительное число плоскостей КНС (6 для КНС Navstar, 3 - для КНС ГЛОНАСС), можно рекомендовать единственный способ восполнения - одиночную схему выведения КА на орбиту.

На основе изложенного выше можно сделать следующие выводы.

  1. При развертывании многоспутниковых КС использование групповой схемы выведения КА позволяет получить значительный выигрыш по критериям стоимости, надежности и времени развертывания.
  2. Для развертывания и при восполнении многоспутниковых КС необходимо использовать ракеты-носители, имеющие наименьшее значение показателя Суд и высокий уровень надежности. В табл. представлены требуемые уровни надежности РН для различных вариантов выполнения задачи.

Требования к надежности РН, используемых для развертывания многоспутниковых систем

  1. При развертывании многоспутниковых КС с использованием одиночной схемы выведения КА время развертывания весьма значительно и сравнимо со средним временем функционирования КА на орбите. Это приводит к тому, что процесс восполнения КС становится непрерывным; период развертывания очередной модели КА, используемой в КС, сменяется периодом развертывания очередной модели КА. Этот вывод подтверждается практикой восполнения КС Navstar, для которой проведено планирование восполнения КС на период до 2012 г. (последовательно выводятся на орбиту модели Block-2A, Block-2R, Block-2F.
Диаграмма развертывания и восполнения КНС Navstar на период 1989-2012 гг.
Диаграмма развертывания и восполнения КНС Navstar на период 1989-2012 гг.
  1. Восполнение КС при наличии отказов КА на орбите проводится с использованием наземного резерва КА на основе одиночной схемы выведения. При этом также используются РН, имеющие наименьшее значение показателя Суд при ПКА = 1.

Качественный анализ планов развертывания КС Iridium и GlobalStar (до потери 12 КА 9 января 1998 г. при аварийном пуске РН "Зенит-2") позволяет установить следующее:

  • при развертывании КС Iridium использовалась недостаточно надежная китайская РН CZ-2C и не в полной мере использовались возможности РН "Протон" (по числу пусков), что не позволило получить оптимальные характеристики плана развертывания КС;
  • при развертывании КС GlobalStar используется недостаточно надежная РН "Зенит-2", не в полной мере используются возможности РН "Союз", совершенно не используется РН "Протон", что также не позволяет получить оптимальные характеристики плана развертывания КС.

После аварии РН "Зенит-2" с 12 КА развертывание системы Global-Star было осуществлено с использованием 7 пусков РН "Delta-2" (вначале планировалось 2 пуска) и 6 пусков РН "Союз" (вначале планировалось 3 пуска).





Авиация и космонавтика, вооружения, hi-tech, открытия, концепции и изобретения...

Наука, техника, изобретения © 2009-