RU2455206C1

RU2455206C1 - Method of filling space rocket system oxidiser tanks with liquid oxygen

Info

Publication number: RU2455206C1
Application number: RU2010146877/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Егоров (RU); Александр Михайлович Егоров; Людмила Энриевна Кудрявцева (RU); Людмила Энриевна Кудрявцева; Эльвира Александровна Лукьянова (RU); Эльвира Александровна Лукьянова; Ольга Вячеславовна Сухачева (RU); Ольга Вячеславовна Сухачева; Валентин Иванович Федоров (RU); Валентин Иванович Федоров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2012-07-10
Also published as: RU2010146877A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to space engineering. Proposed system comprises multistage carrier rocket and accelerating unit. Carrier rocket top stage oxidiser tank is filled with boiling liquid oxygen while that of accelerating unit is filled with overchilled liquid oxygen. Both tanks are filled by integral onboard filling-draining line. In case carrier rocket is first filled then its top stage oxidiser tank is filled to first intermediate level to feed overchilled oxygen thereafter. Second intermediate level reached in said carrier rocket tank, it is sealed to feed overchilled oxygen into accelerating unit tank to reach preset minimum filling level. Then, boiling oxygen is fed into said line while with accelerating unit tank minimum designed level reached, said tank is sealed to fuel up carrier rocket top stage. In compliance with another version, accelerating unit tank is first fueled. Fueling over, overchilled oxygen is drained from said line to the level of unit of valves feeding boiling oxygen in said line. Carrier rocket tank is filled with boiling oxygen via the same line. Oxygen heating in accelerating unit is reduced by optimising overchilled oxygen filling flow rate.

EFFECT: increased payload, decreased losses of liquid oxygen.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области ракетно-космической техники и может быть использовано на стартовом комплексе ракетно-космической системы (РКС), включающей многоступенчатую ракету-носитель (РН) и космический разгонный блок (РБ), при заправке криогенными компонентами ракетного топлива кипящим кислородом и переохлажденным кислородом баков окислителя двигательных установок РН и РБ соответственно. Переохлажденным кислородом является кислород, охлажденный до температуры на десять и более градусов ниже, чем температура кипения кислорода при атмосферном давлении (Т_жк<<90 K).The invention relates to the field of rocket and space technology and can be used on the launch complex of the rocket and space system (RCC), including a multi-stage launch vehicle (PH) and space booster block (RB), when refueling cryogenic rocket components with boiling oxygen and supercooled oxygen oxidizer tanks of propulsion systems of the PH and RB, respectively. Supercooled oxygen is oxygen, cooled to a temperature ten or more degrees lower than the boiling point of oxygen at atmospheric pressure (T _lc << 90 K).

При заправке ракетно-космической системы (РКС) на стартовом комплексе, имеющем башню обслуживания и кабель-заправочную мачту, заправка топливных баков РН и РБ проводится с помощью этих устройств и не требует дополнительного заправочного оборудования (см. «Ракетно-космический комплекс. Космодром», под ред. проф. А.П.Вольского, изд. МО СССР, 1977, с.93, 124, 127 рис.4.24).When refueling the rocket and space system (RCC) at the launch complex, which has a service tower and a cable refueling mast, the fuel tanks of the LV and RB are carried out using these devices and do not require additional refueling equipment (see. "Rocket and Space Complex. Cosmodrome" , under the editorship of Prof. A.P. Volsky, published by the Ministry of Defense of the USSR, 1977, p. 93, 124, 127 (fig. 4.24).

При отсутствии на стартовом комплексе башни обслуживания и кабель-заправочной мачты заправка баков РН и РБ осуществляется по отдельным заправочно-сливным магистралям (ЗСМ), проложенным по борту РКС и входящим в ее состав (см. А.А.Козлов, В.Н.Новиков, Е.В.Васильев «Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок», М., Машиностроение, 1988, с.305, рис.4.26).In the absence of a service tower and cable refueling mast at the launch complex, the LV and RB tanks are refueled by separate filling and drain lines (ZSM) laid along the RCS and included in its structure (see A.A. Kozlov, V.N. Novikov, E.V. Vasiliev "Power systems and control of liquid rocket propulsion systems", M., Mechanical Engineering, 1988, p.305, Fig. 4.26).

Использование двух заправочно-сливных магистралей с теплоизоляцией особенно актуально в случае, когда в РКС используется жидкий кислород на различном температурном уровне: баки окислителя РН заправляются кипящим кислородом, а бак окислителя РБ - переохлажденным.The use of two refueling and drain lines with thermal insulation is especially important when liquid oxygen is used in the RCC at different temperature levels: the pH oxidizer tanks are filled with boiling oxygen and the RB oxidizer tank is supercooled.

Наличие в составе РКС этих двух теплоизолированных ЗСМ, имеющих значительную протяженность и соответствующие массовые характеристики, снижает массу выводимого полезного груза и усложняет конструкцию ракетно-космической системы.The presence of these two heat-insulated ZSMs, which have a considerable length and corresponding mass characteristics, as part of the CSW, reduces the mass of the payload that is removed and complicates the design of the space-rocket system.

Задачей, решаемой изобретением, является увеличение массы полезного груза ракетно-космической системы, а также снижение потерь жидкого кислорода при заправке и упрощение конструкции за счет обеспечения возможности использования одной и той же магистрали для заправки верхней ступени ракеты-носителя кипящим кислородом и РБ переохлажденным.The problem solved by the invention is to increase the mass of the payload of the space-rocket system, as well as reducing the loss of liquid oxygen during refueling and simplifying the design by making it possible to use the same line to refuel the upper stage of the launch vehicle with boiling oxygen and supercooled RB.

Эта задача решается тем, что в «Способе заправки жидким кислородом баков окислителя ракетно-космической системы (варианты)», по первому варианту, включающем заполнение кипящим кислородом баков окислителя ракеты-носителя и заполнение переохлажденным кислородом бака окислителя космического разгонного блока, с использованием бортовых заправочно-сливных магистралей, заправку бака окислителя разгонного блока переохлажденным кислородом с получением минимальной его температуры на момент старта ракеты-носителя и заправку бака окислителя верхней ступени ракеты-носителя кипящим кислородом проводят по единой бортовой заправочно-сливной магистрали, при любом порядке подачи кипящего - в ракету-носитель, а охлажденного - в разгонный блок, причем если вначале проводят заправку кипящим кислородом баков окислителя ракеты-носителя, при заполнении бака окислителя верхней ступени которой до первого заданного промежуточного уровня начинают подачу в заправочно-сливную магистраль переохлажденного кислорода, который вытесняет в бак окислителя верхней ступени ракеты-носителя до срабатывания второго заданного промежуточного уровня весь объем кипящего кислорода, находящегося в заправочно-сливной магистрали, при этом объем между промежуточными уровнями в баке ракеты-носителя равен объему магистрали между клапаном подачи охлажденного кислорода в заправочно-сливной магистрали и баком, после чего этот бак герметизируют и проводят подачу переохлажденного кислорода в бак окислителя разгонного блока до достижения минимального заданного уровня его заправки, после этого начинают подачу в заправочно-сливную магистраль кипящего кислорода, а при достижении в баке окислителя разгонного блока номинального заданного уровня заправки переохлажденного кислорода, при этом объем между уровнями (минимальным и номинальным) равен объему магистрали между клапаном подачи кипящего кислорода в заправочно-сливной магистрали и баком разгонного блока, бак окислителя разгонного блока герметизируют и далее проводят дозаправку бака окислителя верхней ступени ракеты-носителя кипящим кислородом до его номинального уровня заправки.This problem is solved by the fact that in the "Method for refueling the oxygen tanks of the oxidizer of the space rocket system (options)," according to the first embodiment, which includes filling boiling oxygen of the oxidizer tanks of the launch vehicle and filling the supercooled oxygen with the oxidizer of the space booster block using onboard refueling drain lines, refueling the oxidizer tank of the booster block with supercooled oxygen to obtain its minimum temperature at the time of launch of the launch vehicle and refueling the oxidizer tank the upper stage of the booster boiling oxygen is carried out along a single onboard refueling and drain line, in any order of boiling boiling - to the booster rocket, and the cooled - to the booster block, and if the booster oxygen is filled with boiling oxygen tanks of the booster oxidizer when filling the tank the oxidizer of the upper stage of which, to the first predetermined intermediate level, start supplying supercooled oxygen to the filling and drain line, which displaces the upper stage of the launch vehicle into the oxidizer tank until the second predetermined intermediate level, the entire volume of boiling oxygen in the filling and drain line, the volume between the intermediate levels in the carrier rocket tank is equal to the volume of the line between the cooled oxygen supply valve in the filling and drain line and the tank, after which this tank is sealed and supercooled oxygen is supplied to the oxidizer tank of the booster unit until the minimum specified level of its refueling is reached, after which it is fed into the filling and drain line boiling oxygen, and when the accelerating unit reaches the nominal preset level of supercooled oxygen in the oxidizer tank, the volume between the levels (minimum and nominal) is equal to the volume of the line between the boiling oxygen supply valve in the filling and drain line and the booster tank, the booster unit oxidizer seal and then refuel the oxidizer tank of the upper stage of the booster boiling oxygen to its nominal level of refueling.

Эта задача решается также в способе по второму варианту, включающем заполнение кипящим кислородом баков окислителя ракеты-носителя и заполнение переохлажденным кислородом бака окислителя космического разгонного блока, с использованием бортовых заправочно-сливных магистралей, заправку бака окислителя разгонного блока переохлажденным кислородом с получением необходимой его температуры на момент старта ракеты-носителя и заправку бака окислителя верхней ступени ракеты-носителя кипящим кислородом проводят по единой бортовой заправочно-сливной магистрали, при любом порядке подачи кипящего - в ракету-носитель, а охлажденного - в разгонный блок, причем если в начале проводят заправку разгонного блока переохлажденным кислородом, то при окончании заправки и получении номинального уровня в баке окислителя разгонного блока проводится дренирование переохлажденного кислорода из всей магистрали от клапана заправки разгонного блока до клапана врезки кипящего, что обеспечивает непопадание охлажденного кислорода в бак окислителя второй ступени при последующей заправке верхней ступени ракеты-носителя кипящим кислородом при использовании единой бортовой заправочно-сливной магистрали подачей кипящего через клапан врезки наземной системы кипящего кислорода в единую магистраль заправки-слива с заполнением бака окислителя ракеты-носителя до номинального уровня, с последующей подпиткой бака окислителя для компенсации испаряющегося кислорода из бака.This problem is also solved in the method according to the second embodiment, comprising filling boiling oxygen of the oxidizer tanks of the launch vehicle and filling the oxidizer of the space booster block with supercooled oxygen, using onboard refueling and drain lines, filling the oxidizer tank of the booster block with supercooled oxygen to obtain its required temperature the moment of launch of the launch vehicle and the refueling of the oxidizer tank of the upper stage of the launch vehicle with boiling oxygen is carried out according to a single on-board fueling but the drain line, in any order of supplying boiling - to the booster rocket, and cooled - to the booster block, and if at the beginning they charge the booster block with supercooled oxygen, then at the end of the charge and the nominal level in the oxidizer tank of the booster block is drained oxygen from the entire line from the charging valve of the booster block to the boiling-in insert valve, which ensures that the cooled oxygen does not enter the oxidizer tank of the second stage during subsequent charging booster oxygen booster stages when using a single onboard refueling and drain line by supplying a boiling oxygen through a tie-in valve of the ground-based boiling oxygen system into a single refueling-discharge line to fill the oxidizer tank of the booster to a nominal level, followed by replenishment of the oxidizer tank to compensate for the evaporating oxygen out of the tank.

При невозможности парирования наземными средствами суммарного прогрева переохлажденного кислорода в баке окислителя РБ, накапливаемого в процессе стоянки заправленного бака окислителя РБ при предстартовой подготовке РН и в процессе выполнения программы полета разгонного блока в космических условиях, вначале проводят заправку кипящим кислородом баков окислителя ракеты-носителя, при заполнении бака окислителя верхней ступени которой до первого заданного промежуточного уровня включают подачу в заправочно-сливную магистраль переохлажденного кислорода, а при достижении в баке окислителя верхней ступени ракеты-носителя второго заданного промежуточного уровня кипящего кислорода этот бак герметизируют и производят подачу переохлажденного кислорода в бак окислителя разгонного блока до достижения минимального заданного уровня его заправки, при этом объем между минимальным и номинальным уровнями должен соответствовать объему трубопроводов заправки от места врезки переохлажденного кислорода до входа в бак, после чего включают подачу в заправочно-сливную магистраль кипящего кислорода, а при достижении в баке окислителя разгонного блока номинального (заданного) уровня переохлажденного кислорода этот бак герметизируют и производят дозаправку бака окислителя верхней ступени ракеты-носителя кипящим кислородом до номинального уровня заправки. При этой дозаправке компенсируются потери от испарения кипящего кислорода в РН во время заправки РБ.If it is impossible to parry by ground means the total heating of supercooled oxygen in the RB oxidizer tank, accumulated during the parking of the charged RB oxidizer tank during the prelaunch preparation of the LV and during the execution of the flight program of the booster block in space conditions, the booster oxygen tanks are refilled with boiling oxygen at filling the oxidizer tank of the upper stage of which to the first predetermined intermediate level includes supply to the filling and drain line charged oxygen, and when the upper stage of the booster rocket reaches the second predetermined intermediate level of boiling oxygen in the oxidizer tank, this tank is sealed and supercooled oxygen is fed into the oxidizer tank of the booster unit until the minimum specified level of filling is reached, while the volume between the minimum and nominal levels should correspond to the volume of refueling pipelines from the point of insertion of supercooled oxygen to the entrance to the tank, after which they turn on the supply to the filling and drain line boiling oxygen, and when the accelerating unit reaches the nominal (predetermined) level of supercooled oxygen in the oxidizer tank, this tank is sealed and the oxidizer tank of the upper stage of the booster rocket is refilled with boiling oxygen to the nominal filling level. With this refueling, losses due to evaporation of boiling oxygen in the pH during the refueling of the Republic of Belarus are compensated.

При менее теплонапряженных орбитах полета бака окислителя разгонного блока в космических условиях или возможности парирования прогрева переохлажденного жидкого кислорода наземными средствами (понижением температуры заправляемого кислорода) вначале проводят заправку переохлажденным кислородом бака окислителя разгонного блока до номинального уровня с обеспечением необходимой температуры на момент старта, после чего проводится дренирование переохлажденного кислорода из всей магистрали от клапана заправки разгонного блока до клапана врезки кипящего, что обеспечивает непопадание охлажденного кислорода в бак окислителя второй ступени при последующей заправке верхней ступени РН кипящим кислородом при использовании единой бортовой заправочно-сливной магистрали подачей кипящего кислорода через клапан врезки наземной системы кипящего кислорода в единую магистраль заправки - слива с заполнением бака окислителя второй ступени ракеты-носителя до номинального уровня, и последующей подпиткой бака окислителя для компенсации испарения кислорода из бака.With less heat-stressed orbits of the oxidizer accelerator tank’s flight in space conditions or the possibility of parrying the heating of supercooled liquid oxygen with ground-based means (lowering the temperature of the refueling oxygen), the supercooled oxygen of the accelerator block is first charged to the nominal level with the required temperature at the start, and then it is carried out drainage of supercooled oxygen from the entire line from the charging valve of the upper stage to the valve An inlet of boiling oxygen, which ensures that chilled oxygen does not enter the oxidizer tank of the second stage during subsequent refueling of the upper stage of the reactor with boiling oxygen when using a single onboard refueling and discharge line by supplying boiling oxygen through the valve of the ground surface of the boiling oxygen system into a single refueling line - discharge with filling of the oxidizer tank the second stage of the launch vehicle to a nominal level, and the subsequent recharge of the oxidizer tank to compensate for the evaporation of oxygen from the tank.

Совместная заправка РН и РБ с попеременной подачей в общую заправочно-сливную магистраль переохлажденного кислорода и кипящего кислорода с обеспечением необходимой температуры кислорода непосредственно перед заправочным клапаном бака, при достижении в каждом из заправляемых баков разгонного блока и ракеты-носителя заданного уровня заполнения, позволяет провести заправку этих баков РКС по единой магистрали без потерь и нарушения кондиции заправляемых криогенных компонентов ракетного топлива. Это дает возможность отказаться от использования в конструкции РКС двух заправочно-сливных магистралей: магистрали кипящего кислорода для заправки бака окислителя верхней ступени РН и магистрали переохлажденного кислорода для заправки РБ и за счет этого увеличить массу выводимого РКС полезного груза. Кроме того, использование единой ЗСМ для заправки двух баков РКС различными по теплофизическим свойствам криогенными компонентами ракетного топлива при указанном способе позволяет уменьшить потери этих компонентов за счет снижения потерь «холода», затрачиваемого на охлаждение двух трубопроводов в процессе заправки, и в то же время обеспечить необходимый температурный режим кислорода разгонного блока, а также температурный режим кислорода на входе в двигатель последней ступени РН в случае подачи кислорода в нижнюю часть бака (в район заборника расходной трубы двигателя). Упрощается также конструкция всей РКС. Вышеизложенный способ совместного проведения заправки РН и РБ по единой бортовой заправочно-сливной магистрали особенно актуален при необходимости обеспечения минимальной температуры переохлажденного кислорода в РБ перед стартом РКС за счет уменьшения времени стоянки заправленного РБ.The joint filling of the PH and RB with alternating supply of supercooled oxygen and boiling oxygen to the common filling and drain line with the necessary oxygen temperature immediately in front of the tank filling valve, when the accelerating unit and the launch vehicle in each of the filling tanks reach a predetermined filling level, allows filling of these RKS tanks along a single highway without loss and violation of the condition of refueling cryogenic rocket fuel components. This makes it possible to abandon the use of two refueling and drain lines in the design of the RCS: boiling oxygen lines for refueling the upper stage oxidizer tank and supercooled oxygen lines for refueling the RB and thereby increase the mass of the payload displayed by the RCS. In addition, the use of a single ZSM for refueling two RKS tanks with cryogenic rocket fuel components of various thermophysical properties using the indicated method allows to reduce the loss of these components by reducing the “cold” losses spent on cooling two pipelines during the refueling process, and at the same time to ensure the necessary temperature regime of oxygen of the upper stage, as well as the temperature regime of oxygen at the inlet to the engine of the last stage of the launch vehicle in the case of oxygen supply to the lower part of the tank (in the region engine intake pipe intake). The design of the entire CSW is also simplified. The above method of jointly carrying out refueling of LV and RB on a single onboard refueling and discharge line is especially relevant if it is necessary to ensure the minimum temperature of supercooled oxygen in RB before starting the RCC by reducing the parking time of the refueling RB.

В случае, когда наземными средствами возможно парирование прогрева переохлажденного кислорода, реализуемого не только во время выполнения программы полета в космических условиях, но и во время стоянки заправленного бака окислителя РБ при проведении заправки баков окислителя РН, заправку РБ переохлажденным кислородом и заправку РН кипящим кислородом по единой бортовой заправочно-сливной магистрали можно осуществлять в другой последовательности, сперва заправить РБ, потом РН.In the case where ground means it is possible to parry the heating of supercooled oxygen, which is realized not only during the flight program in space conditions, but also when the refueling tank of the RB oxidizer is parked during refueling of the pH oxidizer tanks, refueling the RB with supercooled oxygen and refueling with boiling oxygen a single onboard refueling and drain line can be carried out in a different sequence, first filling the RB, then the LV.

Сущность первого варианта предлагаемого способа заправки жидким кислородом баков окислителя ракетно-космической системы по единой бортовой заправочно-сливной магистрали с первоначальной подачей кислорода в РН, а затем в РБ (случай, когда невозможно парировать наземными средствами прогрев переохлажденного кислорода в баке окислителя в процессе выполнения программы полета разгонного блока в космических условиях), поясняется на фигуре.The essence of the first variant of the proposed method of refueling the tanks of the rocket-space system oxidizer with liquid oxygen through a single onboard refueling and drain line with the initial supply of oxygen to the launch vehicle and then to the RB (the case when it is impossible to parry ground-based heating of supercooled oxygen in the oxidizer tank during the program flight of the upper stage in space conditions), is illustrated in the figure.

Ракетно-космическая система (РКС) включает ракету-носитель (РН) с ракетными блоками первой и второй ступеней, соответственно, 1 и 2 и головную космическую часть, содержащую разгонный блок 3 и космический аппарат (полезный груз) 4. Блоки первой 1 и второй 2 ступеней РН содержат баки окислителя - жидкого кипящего кислорода, соответственно 5 и 6, а разгонный блок 3 содержит бак окислителя - жидкого переохлажденного кислорода 7. По борту РКС закреплена теплоизолированная заправочно-сливная магистраль (ЗСМ) протяженностью до разгонного блока 3, состоящая из нескольких участков: нижний участок ЗСМ 8 соединен с клапаном заправки бака 6 второй ступени РН, а верхний участок 9 через заправочно-сливной клапан 10 подключен к баку окислителя 7 разгонного блока. Нижняя часть участка 8 бортовой заправочно-сливной магистрали баков 6 и 7 через автостык 11, концевой участок наземной заправочно-сливной магистрали 12 и блоки клапанов 13 и 14, соответственно, подключена к системе подачи переохлажденного кислорода 15 и к системе подачи кипящего кислорода 16. Верхняя часть участка 8 ЗСМ через заправочно-сливной клапан 17 соединена с баком кипящего кислорода второй ступени РН 6. На входе в баки окислителя 7 и 6 и на входе в нижнюю часть ЗСМ установлены датчики температуры жидкого кислорода, соответственно 18, 19 и 20, а в баках окислителя 6 и 7 установлены датчики уровня жидкого кислорода (уровнемеры), соответственно 21 и 22.The space-rocket system (RKS) includes a launch vehicle (LV) with rocket blocks of the first and second stages, respectively, 1 and 2 and the head space part containing the booster block 3 and the spacecraft (payload) 4. Blocks of the first 1 and second 2 stages of the PH contain tanks of oxidizing agent - liquid boiling oxygen, 5 and 6, respectively, and booster block 3 contains a tank of oxidizing agent - liquid supercooled oxygen 7. A thermally insulated filling and draining line (ZSM) is fixed along the side of the RCS up to accelerating block 3, consisting of I of several portions: a lower portion ZSM 8 is connected to the tank filling valve 6, the second stage of the launch, and the upper portion 9 through the filling-drain valve 10 is connected to the tank 7 oxidizer booster. The lower part of section 8 of the onboard refueling and drain line of tanks 6 and 7 through the automatic joint 11, the end portion of the ground refueling and drain line 12 and valve blocks 13 and 14, respectively, is connected to the supply system of supercooled oxygen 15 and to the supply system of boiling oxygen 16. Top part of the ZSM section 8 is connected through the filling and draining valve 17 to the boiling oxygen tank of the second stage of PH 6. At the inlet to the oxidizer tanks 7 and 6 and at the inlet to the lower part of the ZSM, liquid oxygen temperature sensors are installed, respectively 18, 19 and 20, and b In oxidizer 6 and 7, liquid oxygen level sensors (level gauges) are installed, respectively 21 and 22.

При проведении предстартовой подготовки РКС вначале производится заполнение компонентами ракетного топлива - окислителем (кипящим кислородом) и горючим (керосином) топливных баков ракеты-носителя. При достижении в баке 6 второй ступени РН «Первого заданного промежуточного уровня жидкого кислорода» прекращают подачу в заправочно-сливную магистраль кипящего кислорода закрытием блока клапанов 14 и открывают по заданному алгоритму клапан (клапаны) из блока клапанов 13 подачи в ЗСМ переохлажденного кислорода. Поступающий в ЗСМ переохлажденный кислород вытесняет оставшийся в нижнем участке 8 магистрали кипящий кислород в бак окислителя 6 ракеты-носителя, при этом количество оставшегося в участке 8 магистрали кислорода является вполне определенным (расчетным), обеспечивая дозаправку бака 6 до второго заданного промежуточного уровня, при достижении которого (контроль по уровнемеру 21) закрывают заправочно-сливной клапан 17 бака 6 и открывают заправочно-сливной клапан 10 бака 7 разгонного блока, обеспечивая поступление в него переохлажденного кислорода, находящегося по всей высоте заправочно-сливной магистрали до ответвления на бак РБ. При достижении в баке 7 разгонного блока заданного минимального уровня его заправки (контроль по уровнемеру 22) закрывают клапан (клапаны) 13 подачи в ЗСМ переохлажденного кислорода и открывают клапан (клапаны) 14 подачи в ЗСМ кипящего кислорода. Поступающий снизу кипящий кислород вытесняет оставшийся в бортовой ЗСМ и в концевом участке 12 наземной ЗСМ переохлажденный кислород через открытый клапан 10 в бак 7 разгонного блока 3, причем количество вытесняемого переохлажденного кислорода является вполне определенной (расчетной) величиной, обеспечивающей дозаправку бака 7 РБ до номинального заданного уровня заправки, после чего закрывают клапан 10 бака 7, открывают клапан 17 и производят дозаправку бака окислителя 6 второй ступени РН кипящим кислородом до номинального заданного уровня его заправки.When carrying out pre-launch preparation of the RCC, the rocket fuel is first filled with components of the rocket - oxidizing agent (boiling oxygen) and fuel (kerosene) of the fuel tanks of the launch vehicle. When reaching the second stage of the first preset intermediate level of liquid oxygen in the tank 6, the flow of boiling oxygen to the filling and drain line is closed by closing the valve block 14 and, according to the specified algorithm, the valve (s) from the valve block 13 supplying supercooled oxygen to the gas filling station are opened. The supercooled oxygen entering the ZSM displaces the boiling oxygen remaining in the lower section 8 of the line into the oxidizer tank 6 of the launch vehicle, while the amount of oxygen remaining in section 8 of the main line is well-defined (calculated), providing refueling of the tank 6 to a second predetermined intermediate level, upon reaching which (control by level gauge 21) close the filling and drain valve 17 of the tank 6 and open the filling and drain valve 10 of the tank 7 of the booster block, ensuring the entry of supercooled acid into it ode located throughout the height of filling-up drain pipe branch to RB tank. Upon reaching the set minimum level of its refueling in the tank 7 of the booster unit (control by level gauge 22), close the valve (s) 13 for supplying supercooled oxygen to the gas filling station and open the valve (s) 14 for supplying boiling oxygen to the gas filling station. The boiling oxygen coming from below displaces the supercooled oxygen remaining in the onboard ZSM and in the end section 12 of the ground ZSM through the open valve 10 into the tank 7 of the upper stage 3, and the amount of supercooled oxygen displaced is a well-defined (calculated) value, which provides refueling of the 7 RB tank to the nominal specified refueling level, then close the valve 10 of the tank 7, open the valve 17 and refuel the oxidizer tank 6 of the second stage of the boiling oxygen to the nominal specified level his refueling.

По второму варианту, в случае, когда наземными средствами возможно парирование прогрева переохлажденного кислорода, реализуемого не только во время выполнения программы полета в космических условиях, но и во время проведения предстартовой подготовки баков окислителя РН, последовательность заправки - сначала РБ, а затем РН, при этом в начале заправки открывают клапан (клапаны) блока клапанов 13 по алгоритму подачи в ЗСМ переохлажденного кислорода через заправочно-сливной клапан 10, охлажденный кислород подается в бак 7. Заправка начинается подачей в ЗСМ малого расхода заправки, обеспечивающего охлаждение конструкции ЗСМ и конструкции бака 7 за счет снятия избыточного тепла испаренным в ЗСМ кислородом и периодического удаления из бака при открытиях дренажного клапана 23 прогретого газообразного кислорода. После заполнения ЗСМ заправка продолжается большим расходом до получения номинального заданного уровня, после чего закрывается заправочно-сливной клапан 10 и через клапан (клапаны) блока клапанов 13 проводится слив из ЗСМ переохлажденного кислорода в наземную систему. После дренирования переохлажденного кислорода из ЗСМ начинается заправка баков РН кипящим кислородом, в том числе по той же, что и заправка РБ заправочно-сливной магистрали, открытием клапана (клапанов) блока клапанов 14 и клапана 17 бака окислителя 6 до номинального уровня с последующей стоянкой на подпитке.According to the second option, in the case where ground means it is possible to parry the heating of supercooled oxygen, realized not only during the flight program in space conditions, but also during the prelaunch preparation of the pH oxidizer tanks, the filling sequence is first RB and then LV, when this, at the beginning of the filling, open the valve (s) of the valve block 13 according to the algorithm for supplying supercooled oxygen to the gas filling station through the filling and drain valve 10, the cooled oxygen is supplied to the tank 7. The filling starts by supplying to the ZSM a low refueling flow rate, which provides cooling of the ZSM structure and the tank structure 7 by removing excess heat vaporized in the ZSM oxygen and periodically removing heated oxygen gas from the tank when the drain valve 23 opens. After filling the ZSM, refueling continues at a high flow rate until a nominal set level is obtained, after which the filling and drain valve 10 is closed and, through the valve (s) of the valve block 13, the ZSM of supercooled oxygen is drained into the ground system. After drainage of the supercooled oxygen from the ZSM, filling of the PH tanks with boiling oxygen begins, including the same as filling the RB of the filling and drain line, opening the valve (s) of the valve block 14 and valve 17 of the oxidizer tank 6 to the nominal level, followed by parking at recharge.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет на стартовом комплексе РКС, не содержащем башни обслуживания и кабель-заправочной мачты, провести заправку переохлажденным кислородом бака окислителя разгонного блока и заправку кипящим кислородом бака окислителя верхней ступени ракеты-носителя по единой бортовой заправочно-сливной магистрали с обеспечением минимального прогрева и тепловой стратификации жидкого переохлажденного кислорода в баке РБ, а также минимального локального охлаждения компонента в баке окислителя верхней ступени РН, что позволяет отказаться от необходимости использования отдельных заправочно-сливных магистралей для заправки бака окислителя верхней ступени РН кипящим кислородом, а РБ - охлажденным. Использование одной и той же магистрали для заправки верхней ступени РН кипящим кислородом и РБ охлажденным, учитывая довольно большую протяженность и соответствующие массовые характеристики упомянутых магистралей, позволяет, соответственно, увеличить массу полезного груза, выводимого РКС на космическую орбиту. При этом снижаются потери жидкого кислорода при заправке вышеуказанных баков окислителя на охлаждение трубопроводов заправочно-сливных магистралей и несколько упрощается конструкция ракетно-космической системы.Thus, the proposed technical solution makes it possible to refuel the booster unit with supercooled oxygen in the booster unit and refuel boiling oxygen in the upper stage of the booster rocket via a single onboard refueling and drain line with boiling oxygen at the launch site of the RCC, which does not contain a service tower and cable refueling mast. minimum heating and thermal stratification of liquid supercooled oxygen in the RB tank, as well as minimum local cooling of the component in the oxidizer tank the upper stage of the launch vehicle, which eliminates the need to use separate filling and drain lines for refueling the oxidizer tank of the upper stage of the launch vehicle with boiling oxygen, and RB - cooled. The use of the same line for refueling the upper stage of the LV with boiling oxygen and cooled RB, taking into account the rather large length and corresponding mass characteristics of the mentioned lines, allows, accordingly, to increase the mass of the payload brought by the space station into space orbit. At the same time, the loss of liquid oxygen during refueling of the aforementioned oxidizer tanks for cooling the pipelines of refueling and drain lines is reduced, and the design of the space-rocket system is somewhat simplified.

Claims

1. The method of filling liquid tanks of the oxidizer of the space rocket system with liquid oxygen, comprising filling boiling oxygen of the tanks of the oxidizer of the booster rocket and filling the tank of oxidizer with supercooled oxygen in the space booster unit using an onboard refueling and drain line, characterized in that the tank of the oxidizer of the booster unit is supercooled oxygen with obtaining its minimum temperature at the time of launch of the launch vehicle and filling the oxidizer tank of the upper stage of the launch vehicle boiling to they carry out oxygen through a single onboard refueling and drain line in any order of oxygen supply: boiling - to the booster rocket, and cooled - to the booster block; moreover, if booster oxygen is filled with boiling oxygen in the booster oxidizer tanks, then when filling the oxidizer tank with its upper steps to the first predetermined intermediate level start supplying supercooled oxygen to the filling and drain line, which displaces the upper stage of the launch vehicle into the oxidizer tank until the second predetermined intermediate the exact level, the entire volume of boiling oxygen in the filling and drain line, while the volume between the intermediate levels in the booster tank is equal to the volume of the line between the cooled oxygen supply valve in the filling and drain line and this tank, after which this tank is sealed and carried supply of supercooled oxygen to the oxidizer tank of the booster unit until it reaches the minimum predetermined level of refueling, then the flow of boiling oxygen to the filling and drain line is started, and when reached and in the oxidizer tank of the booster unit of the nominal predetermined level of refueling of supercooled oxygen, this tank is sealed and then the refueling tank of the upper stage of the booster rocket boiling oxygen is refilled to its nominal filling level, while the volume between the minimum and nominal levels is equal to the volume of the line between the boiling oxygen supply valve in the filling and drain line and the booster tank.

2. A method of filling liquid tanks of an oxidizer of a rocket and space system with liquid oxygen, comprising filling boiling oxygen of an oxidizer of a launch vehicle and filling an oxidizer of a space booster block with supercooled oxygen using an onboard refueling and discharge line, characterized in that the gas tank of an oxidizer of a booster block is supercooled oxygen with obtaining its required temperature at the time of launch of the launch vehicle and filling the oxidizer tank of the upper stage of the launch vehicle boiling to they carry out oxygen through a single onboard refueling and drain line in any order of oxygen supply: boiling - to the booster rocket, and supercooled - to the booster block, and if the booster block is first charged with supercooled oxygen, then at the end of refueling and reaching the nominal level in the tank the booster unit oxidizer drains the supercooled oxygen from the entire line from the booster unit charging valve to the insert valve of the ground boiling oxygen system into a single filling and draining m the gas line, ensuring that supercooled oxygen does not enter the oxidizer tank of the upper stage of the launch vehicle during subsequent refueling of this stage with boiling oxygen, which is fed into a single side refueling and drain line through the indicated insert valve, filling the specified oxidizer tank of the launch vehicle to a nominal level, followed by recharge this oxidizer tank to compensate for the oxygen evaporating from the tank.