Российский разгонный блок "Бриз-М"

Семейство разгонных блоков «Бриз» — «Бриз-М», «Бриз-КМ» — это пример аппарата, разработанного уже после распада СССР. Причин такой разработки было несколько:

На основе МБР УР-100 разрабатывалась конверсионная ракета-носитель «Рокот», для которой был бы полезен разгонный блок (РБ).
На «Протоне» для выведения на ГСО использовался РБ «ДМ», который использовал «неродную» для «Протона» пару «кислород-керосин», имел время автономного полёта всего 7 часов, да и грузоподъёмность его можно было бы увеличить.

Разработчиком разгоннных блоков семейства Бриз является ФГУП «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В.Хруничева». В 1990-1994 годах прошли испытательные пуски и, в мае-июне 2000 года состоялись полёты обеих модификаций «Бриза» — «Бриз-КМ» для «Рокота» и «Бриз-М» для «Протона». Главное различие между ними — наличие дополнительных сбрасываемых топливных баков на «Бризе-М», которые дают больший запас характеристической скорости (delta-V) и позволяют выводить более тяжелые спутники.

Первый запуск комплекса “Протон-М”– “Бриз-М” состоялся 7 апреля 2001 года.


Российский разгонный блок "Бриз-М"
Источник: http://www.khrunichev.ru/

Блоки семейства «Бриз» отличаются очень плотной компоновкой:


Компоновка разгонного блока Бриз-М
Источник: http://www.federalspace.ru/


Размещение Бриз-М в ракетоносителе
Источник: http://habrahabr.ru/


Компоновка разгонного блока Бриз-М
Источник: http://habrahabr.ru/

Особенности технических решений:

Двигатель находится внутри «стакана» в баке
Внутри баков также находятся баллоны с гелием для наддува
Баки горючего и окислителя имеют общую стенку (благодаря использованию пары НДМГ/АТ это не представляет технической сложности), нет увеличения длины блока из-за межбакового отсека
Баки являются несущими — нет силовых ферм, которые бы требовали дополнительного веса и увеличивали длину
Сбрасываемые баки фактически являются половиной ступени, что, с одной стороны, требует лишнего веса на стенки, с другой — позволяет увеличивать запас характеристической скорости за счет сброса пустых баков.

Плотная компоновка экономит геометрические размеры и вес, но она имеет и свои недостатки. Двигатель, который, работая, излучает тепло, находится очень близко к бакам и трубопроводам.

Сочетание более высокой (на 1-2 градуса, в пределах спецификации) температуры топлива с более высокой теплонапряженностью работы двигателя в процессе работы (тоже в пределах спецификации) привело к закипанию окислителя, нарушению охлаждения турбины ТНА жидким окислителем и нарушению её работы, что вызвало аварию РБ при выведении спутника «Ямал-402» в декабре 2012 года.

В качестве двигателей РБ используется комбинация из двигателей трех типов: маршевого С5.98 (14Д30) тягой 2 тонны, четырех двигателей коррекции (фактически это двигатели осаждения, ullage motors), которые включаются перед пуском маршевого двигателя для осаждения топлива на дно баков, и двенадцати двигателей ориентации тягой 1,3 кг. Маршевый двигатель имеет весьма высокие параметры (давление в камере сгорания ~100 атм, удельный импульс 328,6 с) несмотря на открытую схему. Его «отцы» стояли на марсианских станциях «Фобос» а «деды» — на посадочных лунных станциях типа «Луна-16». Маршевый двигатель может гарантированно включаться до восьми раз, а срок активного существования блока не меньше суток.

Масса полностью заправленного блока составляет до 22,5 тонн, полезная нагрузка достигает 6 тонн. Но суммарная масса блока после отделения от третьей ступени ракеты-носителя чуть меньше 26 тонн. При выводе на геопереходную орбиту РБ недозаправляется, а полностью заполненный бак для прямого вывода на ГСО выводил максимум 3,7 тонны полезной нагрузки.Тяговооруженность блока получается равной ~0.76. Это недостаток РБ «Бриз», но небольшой. Дело в том, что после отделения РБ+ПН находятся на незамкнутой орбите, что требует импульса на довыведение, а небольшая тяга двигателя приводит к гравитационным потерям. Гравитационные потери составляют примерно 1-2%, что весьма немного. Также, длительные периоды работы двигателя повышают требования к надёжности. С другой стороны, у маршевого двигателя гарантированный срок работы до 3200 секунд (почти час!).

Тактико-технические характеристики разгонного блока “Бриз-КМ”

Состав - Моноблок с коническим баковым отсеком и маршевым двигателем, расположенным в нише бака “Г”.
Применение - в составе РН “Рокот” в качестве III ступени
Основные особенности - Возможность маневрирования в полете.
Начальная масса, т - 6.475
Заправляемый запас топлива (АТ+НДМГ), т - до 5.055
Тип, количество и тяга в пустоте двигателей:

ЖРД 14Д30 (1 шт.), 2.0 тс (маршевый),
ЖРД 11Д458 (4 шт.) по 40 кгс (двигатели коррекции),
17Д58Э (12 шт.) по 1.36 кгс (двигатели ориентации и стабилизации)

Число включений маршевого двигателя - до 8
Максимальное время автономного полета, час. - 7
Год первого полета - май 2000 г.

Тактико-технические характеристики разгонного блока “Бриз-М”

Состав - Разгонный блок, состоящий из центрального блока на базе РБ «Бриз-КМ» и окружающего его сбрасываемого дополнительного топливного бака тороидальной формы.
Применение - в составе РН “Протон-М”, РН “Ангара-А3” и “Ангара-А5”
Основные особенности