Вспомогательные космические РДТТ

Благодаря быстродействию и простоте устройства ракетный двигатель твёрдого топлива является наиболее подходящим или даже незаменимым средством для создания тяги при проведении таких "вспомогательных" операций, как аварийное спасение космонавтов на начальном участке вывода космических кораблей на околоземные орбиты, разделение ступеней ракет-носителей, раскрутка ракетных ступеней и КА с целью их стабилизации в полёте, создание начальных перегрузок для нормального запуска основных ЖРД в невесомости и т. д. Устройство ракетного двигателя твёрдого топлива представлено на рис. 8.

 

 

Рис. 8. РДТТ в разрезе:

1 ─ воспламенитель; 2 ─ топливный заряд; 3 ─ корпус; 4 ─ сопло.

 

Корпус РДТТ представляет собой прочный сосуд цилиндрической, сферической или другой формы, изготовленный либо из металла (сталь, реже ─ титановый и алюминиевый сплавы), либо из пластика. Это ─ основной силовой элемент твёрдотопливного двигателя, а также всей двигательной установки в целом. В корпусе содержится прочно скреплённый с ним заряд твёрдого топлива: обычно ─ механическая смесь кристаллического неорганического окислителя (перхлорат аммония) с металлическим горючим (алюминий) и полимерным горючим-связующим (полибутадиеновый каучук). При нагреве этого топлива от воспламенителя (который в простейшем случае представляет собой пиротехнический заряд с электрозапалом) отдельные составляющие топлива вступают между собой в химическую реакцию окисления-восстановления, и оно постепенно сгорает. При этом образуется газ с высоким давлением и температурой.

К корпусу РДТТ, который по выполняемым рабочим функциям является и камерой сгорания ракетного двигателя, присоединено сопло (может быть и несколько сопл, образующих сопловый блок), в котором образовавшийся от сгорания топлива газ разгоняется до скорости, превышающей скорость звука. В результате этого возникает сила отдачи, противоположно направленная истечению газовой струи и называемая реактивной силой, или тягой. В зависимости от конкретного назначения космические РДТТ могут иметь тягу от сотых долей ньютона до нескольких меганьютонов, а продолжительность работы ─ от долей секунды до нескольких минут. Корпуса и сопла длительно работающих двигателей необходимо защищать от прогара. С этой целью в РДТТ используются теплоизоляционные, аблирующие и жаростойкие материалы.

В качестве вспомогательных РДТТ используются на многих искусственных спутниках Земли, а также на ряде межпланетных КА. Примером может служить АМС "Марс-3" рис. 9. На этой автоматической межпланетной станции установлено несколько РДТТ, выполняющих различные задачи рис. 10. На аэродинамическом тормозном конусе смонтированы две пары РДТТ. Одна пара включалась при подлёте к Марсу для раскрутки аэродинамического конуса после его отделения вместе со спускаемым аппаратом от АМС и увода с помощью маршевого РДТТ на траекторию встречи с красной планетой. Операция раскрутки вызвана необходимостью стабилизации положения космического аппарата на пассивном участке подлёта к Марсу.

 

Рис. 9. АМС "Марс-3".

 

При входе в атмосферу Марса включалась вторая пара РДТТ чтобы остановить вращение аэродинамического конуса. После аэродинамического торможения в плотных слоях атмосферы включался РДТТ для сброса крышки парашютной системы и ввода вытяжного парашюта. Одновременно отстреливался аэродинамический тормозной конус и вытяжной парашют вытягивал основной. Последний вытягивал из парашютного контейнера РДТТ увода парашютной системы, чтобы парашюты не накрыли спускаемый аппарат, и РДТТ мягкой посадки.

 

Рис. 10. Спускаемый аппарат АМС "Марс-3":

1 ─ парашютный контейнер; 2 ─ РДТТ ввода вытяжного парашюта; 3 ─ антенны связи с орбитальной станцией; 4 ─ РДТТ увода спускаемого аппарата; 5 ─ приборы и аппаратура САУ; 6 ─ основной парашют; 7 ─ автоматическая марсианская станция; 8 ─ аэродинамический тормозной конус; 9 ─ антенна радиовысотомера.