Безопасность на стрельбище - Range safety

По вопросам безопасности при стрельбе из оружия см. Тир.
В Дельта 3914 ракета, несущая GOES-G Спутник был уничтожен безопасностью дальности через 71 секунду после запуска из-за сбоя электросети.

В области ракетная техника, безопасность диапазона может быть обеспечена системой, которая предназначена для защиты людей и активов как на ракетный полигон и вниз в случаях, когда ракета-носитель может подвергнуть их опасности. Для ракеты считается конечно, безопасность дальности может быть реализована чем-то таким простым, как команда ракете выключить силовая установка или чем-то столь же сложным, как независимый Система прекращения полета (FTS), который имеет резервные приемопередатчики в ракете-носителе, которые могут получить команду на самоуничтожение, а затем запустить обвинения в ракете-носителе для сжигания ракетного топлива на высоте. Не все национальные космические программы использовать системы прекращения полета на ракетах-носителях.

Офицеры по безопасности стрельбища или RSO также присутствуют в хобби модель ракетной техники а затем обычно несут ответственность за правильную сборку ракеты с использованием безопасного двигателя / спасательного устройства и за правильный запуск.[не проверено в теле ]

Прекращение полета

Некоторые пусковые системы используют прекращение полета для безопасности диапазона. В этих системах RSO может дистанционно управлять транспортным средством на самоуничтожение, чтобы предотвратить выезд транспортного средства за пределы предписанной зоны безопасности. Это позволяет еще не израсходованному топливу возгораться на высоте, а не при достижении транспортным средством земли.[1]

Космические аппараты для суборбитальных и орбитальных полетов из Восточная и Западные испытательные полигоны были уничтожены, если они подвергали опасности населенные пункты, пересекая заранее определенные линии разрушения, охватывающие коридор безопасного запуска полета. Чтобы помочь RSO принять решение о прекращении полета, существует множество индикаторов, показывающих состояние космического корабля в полете. Сюда входили давления в бустерной камере, графики в вертикальной плоскости (позже замененные компьютерными линиями разрушения), а также индикаторы высоты и скорости. Поддержкой RSO для получения этой информации была группа поддержки RSO, сообщающая с профильных и горизонтальных параллельных проводов, используемых при взлете (до того, как радар мог захватить транспортное средство) и индикаторов телеметрии. После первого взлета информация о полете собирается с помощью радаров X- и C-диапазонов, а также приемников телеметрии S-диапазонов от бортовых передатчиков. На Восточном испытательном полигоне антенны S- и C-диапазонов были расположены на Багамах и до острова Антигуа, после чего космический аппарат завершил свои двигательные стадии или находится на орбите. Использовались два переключателя: ARM и DESTRUCT. Переключатель ARM отключил двигательную установку жидкостных транспортных средств, а DESTRUCT зажег двигатель. примакорд вокруг топливных баков. В случае пилотируемого полета транспортному средству будет разрешено долететь до апогей перед передачей DESTRUCT. Это дало бы астронавтам максимальное количество времени для самоуничтожения.

Основное действие, выполняемое зарядами RSO, - это разрыв топливных баков посередине, чтобы вылить их содержимое. В случае ускорителей с криогенным топливом, система RSO предназначена для разрыва резервуаров таким образом, чтобы свести к минимуму смешивание топлива, что может привести к чрезвычайно сильному взрыву, в частности, если заряды разделяют стороны резервуаров, как молния, которая проливает пропелленты и сводит к минимуму смешивание. На ускорителях с гиперголическим ракетным топливом происходит обратное - смешивание поощряется, поскольку эти порохы сгорают при контакте, а не смешиваются, а затем взрываются. Кроме того, токсичность гиперголического пропеллента означает, что желательно, чтобы они сгорели как можно быстрее. Система RSO, используемая на этих ускорителях, работает, разрывая общую перегородку бака, поэтому окислитель и топливо немедленно контактируют и сгорают.[нужна цитата ]

Непосредственно перед активацией разрушающих зарядов двигатель (ы) на ступени ускорителя также останавливается. Например, на запусках Mercury / Gemini / Apollo в 1960-х годах система RSO была спроектирована так, чтобы активироваться не раньше, чем через три секунды после выключения двигателя, чтобы дать системе Launch Escape System время, чтобы оторвать капсулу.[нужна цитата ]

Американские ракеты часто имеют систему уничтожения Range Safety с момента первых попыток запуска, проведенных с мыса Канаверал в 1950 году. По состоянию на 2016 год в общей сложности 32 попытки американского орбитального запуска закончились разрушением RSO, первая из которых была Авангард ТВ-3БУ в 1958 г. и в последнее время Cygnus CRS Orb-3 в 2014.[нужна цитата ]

Некоторые ракеты-носители (например, семейство «Титан») включают в себя систему автоматического уничтожения, которая активируется в случае преждевременного отделения твердотопливных ракетных двигателей или верхних ступеней; это отдельная от стандартной системы RSO, которая активируется ручной командой.[нужна цитата ]

Прекращение тяги

Менее разрушительный тип системы безопасности дальности позволяет RSO удаленно командовать транспортным средством, чтобы отключить его движитель. ракетные двигатели. В прекращение тяги концепция была предложена для Титан III Ракета-носитель M, которая использовалась бы в Пилотируемая орбитальная лаборатория программа.[2]

Советская / Российская космическая программа

В отличие от американской программы, российские ракеты не используют настоящую систему поражения RSO. Если ракета-носитель теряет управление, наземные диспетчеры могут подать команду выключения вручную или бортовой компьютер может выполнить ее автоматически. В этом случае ракете просто разрешено ударить по земле в целости и сохранности. Поскольку российские космодромы находятся в отдаленных районах, вдали от значительного населения, никогда не считалось необходимым включать систему уничтожения RSO. В советское время израсходованные ступени ракет или обломки неудачных запусков тщательно очищались, но после распада СССР эта практика прекратилась.[нужна цитата ]

ЕКА

Основная стартовая площадка ЕКА находится в Куру, Французская Гайана. В ракетах ЕКА используется система RSO, аналогичная американской, несмотря на относительную удаленность центра запуска. Неисправности ракет ЕКА были необычными, наиболее заметным из которых был отказ. первый полет из Ариана 5 в 1996 году, который был автоматически уничтожен после того, как ошибочные команды наведения привели к его распаду.[3][4]

Стартовый коридор

Ракеты обычно запускаются в пространство выше дальности пуска, называемое коридор запуска. Если ракетные двигатели выходят из строя, пока ракета летит внутри коридора, ракета падает в безлюдной местности. Отказ двигателя за пределами коридора запуска может привести к падению ракеты на людей или имущество. Следовательно, если ракета вот-вот выйдет из коридора запуска, RSO прекратит полет с приводом, чтобы гарантировать, что никакие обломки не упадут за пределы коридора запуска. Это включает отправку закодированных сообщений (обычно последовательности звуковых сигналов, которые хранятся в секрете перед запуском) в специальные резервные УВЧ приемники на различных ступенях или в компонентах ракеты-носителя. При получении команды «поставить на охрану» ракета на жидком топливе двигатели выключены. Отдельная команда "огонь" взрывает взрывчатку, обычно линейные кумулятивные заряды, чтобы разрезать баки с порохом и рассыпать их содержимое.

Твердотопливные ракеты не могут быть отключены, но их разрезание прекращает тягу, даже если топливо продолжает гореть.

Надежность является одним из главных приоритетов в системах безопасности на дальности, с большим упором на резервирование и предпусковые испытания. Датчики безопасности диапазона работают непрерывно на очень высоких уровнях мощности, чтобы обеспечить значительную маржа ссылки. Уровни сигнала, воспринимаемые приемниками безопасности дальности, проверяются перед запуском и контролируются на протяжении всего полета, чтобы обеспечить достаточный запас. Когда ракета-носитель больше не представляет угрозы, система безопасности дальности действия обычно блокируется (отключается), чтобы предотвратить случайную активацию. В S-IVB этап Сатурн 1B и Сатурн V ракеты сделали это с командой системы безопасности дальности, чтобы отключить свою собственную мощность.[5]

Приложения

Проблемы безопасности дальности решаются разными способами в разных странах, связанных с ракетами-носителями и управляемая ракета технологии.

Соединенные Штаты

в Космическая программа США за безопасность на стрельбище обычно отвечает сотрудник по безопасности полигона (RSO), связанный с гражданской космической программой, возглавляемой НАСА или военно-космической программы во главе с Министерство обороны, через подчиненное ему подразделение Космические силы США. В НАСА, цель безопасности стрельбища состоит в том, чтобы население было так же безопасно во время работы на полигоне, как и при своей обычной повседневной деятельности.[6]

Восточный и Западный диапазоны

Для запусков с Восточный хребет, который включает Космический центр Кеннеди и Мыс Канаверал База ВВС, то Офицер управления полетами (MFCO) несет ответственность за обеспечение общественной безопасности от транспортного средства во время его полета до выхода на орбиту или, в случае запуска баллистического типа, до тех пор, пока все части не упадут на Землю. Несмотря на распространенное заблуждение, MFCO не является частью Офиса безопасности, а вместо этого является частью Оперативной группы эскадрильи полигона 45-е космическое крыло из Космическая сила, и считается прямым представителем командира звена. При принятии решений о разрушении MFCO руководствуется тремя различными типами компьютерной графики, созданной в разделе «Анализ полета» раздела «Безопасность на расстоянии». Одним из основных дисплеев для большинства транспортных средств является отображение точки удара в вакууме, в котором параметры сопротивления, поворотов, ветра и взрыва встроены в соответствующую графику. Другой вариант включает отображение в вертикальной плоскости, на котором траектория автомобиля проецируется на две плоскости. Для космического шаттла основным дисплеем, используемым MFCO, является непрерывный след в реальном времени, подвижная замкнутая простая кривая, указывающая, куда упадет большая часть обломков, если MFCO уничтожит шаттл в этот момент. Этот след в реальном времени был разработан в ответ на Катастрофа космического корабля "Челленджер" в 1986 году, когда заблудшие твердотопливные ракетные ускорители неожиданно оторвались от разрушенного основного корабля и начали двигаться вверх по направлению к земле.

Безопасность стрельбища на Западном полигоне (База ВВС Ванденберг в Калифорнии) управляется с помощью похожего набора графики и системы отображения. Однако MFCO Western Range подпадают под действие группы безопасности во время запусков, и они являются координационным центром всей деятельности, связанной с безопасностью во время запуска.

Безопасность дальности полета в космическом полете с экипажем США

Даже для космических миссий с экипажем США RSO имеет право отдавать приказ о дистанционном уничтожении ракеты-носителя, если она показывает признаки выхода из-под контроля во время запуска и если она пересекает заранее установленные пределы прерывания, разработанные для защиты населенных пунктов от повреждений. Соединенные штаты. орбитальный аппарат космического корабля не имел разрушающих устройств, но твердотопливные ракетные ускорители (SRB) и внешний бак оба сделали.[2]

После Space Shuttle Challenger развалился в полете, RSO приказало уничтожить неконтролируемые, свободно летающие SRB, прежде чем они могут представлять угрозу.

Несмотря на то, что RSO продолжает работу после того, как Космический центр Кеннеди передал контроль Управление полетами в Космический центр Джонсона, он или она не считается полетный контроллер. RSO работает в Центр управления полетами на станции ВВС на мысе Канаверал, и работа RSO завершается, когда ракета или транспортное средство выходит за пределы досягаемости и больше не представляет угрозы для какого-либо моря или суши (после завершения Первый этап восхождения ).[2]

Прекращение автономного полета

Обе АТК и SpaceX разрабатывают автономные системы прекращения полета (AFT). Обе системы используют GPS-управляемую систему с компьютерным управлением для завершения нестандартного полета, дополняя или заменяя более традиционные человек-в-петле Система наблюдения.

Автономная система безопасности полетов ATK дебютировала 19 ноября 2013 года в НАСА. Уоллопс Летный Центр. Система была разработана совместно предприятиями АТК в г. Ронконкома, Нью-Йорк; Плимут, Миннесота; и Промонтори-Пойнт, Юта.[7]

Система, разработанная SpaceX, была включена в опытный образец автомобиля SpaceX использовалась в 2013/14 году для тестирования своего программа развития многоразовой ракетной техники.[8]

Впервые автономная система была протестирована в августе 2014 г. F9R Dev1 прототип ракеты-носителя, когда испытательная машина имела аномалию полета в испытательный полет и система управления транспортным средством выдала команду на прекращение, и транспортное средство самоликвидировалось в воздухе над обозначенная зона испытаний возле МакГрегор, Техас.[8]

Автономные системы безопасности полетов использовались на многих запусках SpaceX и были хорошо протестированы к 2017 году. Восточный хребет и Западный хребет объекты США теперь используют эту систему, которая заменила старый «наземный персонал и оборудование управления полетом на бортовые источники определения местоположения, навигации и синхронизации, а также логику принятия решений».[9] Более того, системы позволили ВВС США резко сократить штат и увеличить количество запусков, которые они могут поддерживать в год. Теперь можно поддерживать 48 запусков в год, а стоимость услуг по дальности для одного запуска была снижена на 50 процентов.[9]

Добавление систем AFT на некоторые ракеты-носители ослабило склонность лимиты на запуски из США Восточный хребет. К началу 2018 г. ВВС США одобрила траекторию, которая могла бы позволить запускать полярные запуски с мыс Канаверал. «Полярный коридор» будет включать поворот на юг вскоре после взлета, проход к востоку от Майами, с приводнением на первой стадии к северу от Кубы.[10] Такая траектория потребует использования автономных систем прекращения полета, поскольку шлейф ракеты будет мешать сигналам, посылаемым наземными антеннами.[11] В августе 2020 года SpaceX продемонстрировала эту возможность, запустив SAOCOM 1B.[12]

В декабре 2019 г. Ракетная лаборатория объявили, что добавили системы AFT на свои Электрон ракета. Rocket Lab указала, что четыре предыдущих полета имели как наземные, так и AFT системы. Запуск в декабре 2019 года стал первым запуском с полностью автономной системой прекращения полета. На всех последующих рейсах есть системы AFT. В случае движения ракеты по курсу система AFT выдает команду на выключение двигателей.[13]

Ракеты-носители будущего, такие как Blue Origin New Glenn и United Launch Alliance Вулкан ожидается, что они также будут иметь их.[14] НАСА Система космического запуска планирует внедрить систему AFT к полету Артемида 3.[15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Венц, Джон (05.05.2008). «Переключатель разрушения космического шаттла - НАСА готово взорвать открытие». Popularmechanics.com. Получено 2015-02-27.
  2. ^ а б c "Отчет ПРЕЗИДЕНТСКОЙ КОМИССИИ об аварии космического корабля" Челленджер ". History.NASA.gov. Получено 2015-02-27.
  3. ^ Жак-Луи Лионс; Леннарт Любек; Жиль Кан; Вольфганг Куббат; Стефан Леведаг; Леонардо Мадзини; Дидье Мерль; Колин О'Халлоран (19 июля 1996). «Отчет комиссии по расследованию об отказе рейса 501 компании ARIANE 5». Получено 2018-01-05.
  4. ^ «Ариана 5». www.esa.int. Получено 2020-04-19.
  5. ^ Отчет об оценке полета ракеты-носителя "Сатурн V" AS-502 Миссия "Аполлон-6". Космический центр имени Джорджа Маршалла НАСА. 25 июня 1968 г.
  6. ^ «Обзор безопасности на полигоне НАСА». Архивировано из оригинал 30 сентября 2006 г.. Получено 6 августа, 2008.
  7. ^ "Автономная система безопасности полетов ATK совершила первый полет - АРЛИНГТОН, Вирджиния, 19 ноября 2013 г. / PRNewswire /". Prnewswire.com. 2013-11-19. Получено 2015-02-27.
  8. ^ а б «SpaceX делает поздний вызов, чтобы отложить запуск ASIASAT-6». NASASpaceFlight.com. 2014-08-26. Получено 2015-02-27.
  9. ^ а б SpaceX заставляет ВВС пересмотреть мышление о запуске Майк Фаби, Space News, 20 сентября 2017 г.
  10. ^ Дин, Джеймс (31 декабря 2017 г.). «Военно-воздушные силы: ракеты на мысе могут лететь по новому южному коридору к полюсам». Флорида сегодня. Монтейт не уточнил точную траекторию, но сказал, что для этого потребуется «небольшая пробежка недалеко от площадки», чтобы повернуть на юг, когда вы окажетесь у берега, «а затем мы обойдем Майами». По его словам, первая ступень ракеты благополучно опустится до Кубы. Вторая ступень будет настолько высока к тому моменту, когда пролетит над островом, что никаких специальных разрешений не потребуется.
  11. ^ Декан 2017: «Есть одно условие: ракеты, летящие на юг, должны быть оснащены автоматизированными системами прекращения полета, в которых бортовые компьютеры управляют ракетами на самоуничтожение, если они отклонятся от курса. В противном случае выхлопные шлейфы могут нарушить сигналы о разрушении, посылаемые традиционными системами».
  12. ^ Кларк, Стивен. «SpaceX запускает первую миссию на полярную орбиту из Флориды за десятилетия - Spaceflight Now». Получено 2020-09-15.
  13. ^ "Rocket Lab представляет полностью автономную систему прекращения полетов". spaceref.com. Получено 2020-09-15.
  14. ^ Декан 2017: «Сегодня только ракета SpaceX с одной рукояткой Falcon 9 может летать по полярному коридору, и компания не имеет заявленных планов ее использования, даже несмотря на то, что она находится на полпути к кампании из восьми запусков от Ванденберга для Iridium Communications. Но каждая большая ракета Ожидается, что в течение десяти лет они будут оснащены автоматизированными системами уничтожения. В течение нескольких лет могут быть разрешены полеты на юг ракеты Vulcan United Launch Alliance, New Glenn Blue Origin - оба все еще находятся в стадии разработки - и Falcon Heavy компании SpaceX ».
  15. ^ Гебхардт, Крис (15 августа 2019 г.). "Eastern Range обновляет статус" Drive to 48 "запусков в год". NASASpaceFlight.com. Получено 6 января 2020. НАСА, с другой стороны, должно будет добавить эту возможность в свою ракету SLS, и г-н Росати сказал, что НАСА отслеживает этот дебют для миссии Artemis 3 в 2023 году.

внешняя ссылка