KTDU-80
KTDU-80
La Soyuz TM-32 sale de la ISS con la tapa de la boquilla SKD cerrada
País natalRusia
FabricanteOficina del Censo de Khimmash
PredecesorKTDU-35
EstadoEn producción
Motor de combustible líquido
PropulsorN2O4 / UDMH​​​
CicloAlimentación a presión
Actuación
Empuje2,95 kN
Presión de la cámara880 kPa
Impulso específico302 segundos
Tiempo de combustión890 segundos
Alcance del cardán5
Dimensiones
Longitud1,2 m
Diámetro2,1 millones
Utilizado en
Soyuz

El KTDU-80 ( en ruso : Корректирующе-Тормозная Двигательная Установка, КТДУ ) es el último de una familia de sistemas de propulsión integrados que KB KhIMMASH ha implementado para la Soyuz desde la Soyuz-T . Integra propulsión principal, RCS y control de actitud en un solo sistema alimentado a presión desde un sistema de propulsor presurizado redundante de doble cadena común. El propulsor común es UDMH y N 2 O 4 y la unidad de propulsión principal es el motor principal S5.80 . Genera 2,95 kN (660 lbf) de empuje con una presión de cámara de 880 kPa (128 psi) y una expansión de tobera de 153,8 que le permite alcanzar un impulso específico de 302 s (2,96 km/s). Está diseñado para 30 arranques con un tiempo total de encendido de 890 segundos. El sistema integrado sin la presurización ni los tanques pesa 310 kg (680 lb); tiene 1,2 m (47 in) de largo y un diámetro de 2,1 m (83 in). [1] [2] [3]

Descripción

El sistema KTDU-80 integra un sistema de presurización y propulsante redundante de doble cadena, un sistema de propulsión principal (el SKD ), un RCS (el DPO-B ) y un sistema de control de actitud (el DPO-M ). Todos los elementos de propulsión son motores cohete alimentados a presión que queman UDMH y N 2 O 4 con un suministro común de propulsante presurizado. [1] Mecánicamente, el KTDU-80 está separado en dos secciones:

  • Unidad básica (BB) ( en ruso : ББ, Базовый Блок ): es la unidad de propulsión principal e incluye todo el sistema de presurización y almacenamiento del combustible. Se subdivide en tres subsistemas:
    • Sistema de presurización neumática : Es el sistema que mantiene presurizados todos los tanques y líneas y garantiza que se mantenga la presión de trabajo correcta en los subsistemas de almacenamiento y propulsión. Dado el uso de motores alimentados a presión , este subsistema es crítico y una falla podría significar que la tripulación se quede varada en el espacio.
    • Sistema de suministro de propulsor : Es el que asegura el suministro de propulsor a los motores de maniobra orbital. Incluye el almacenamiento y distribución del propulsor.
    • Motor de maniobra orbital (SKD) ( ruso : ББ, Сближающе-корректирующий двигатель (СКД) ):
  • Subsistema de propulsor de control de actitud y atraque (DPO) ( ruso : ДПО, Подсистема двигателей причаливания и ориентации ): Es un sistema de control de reacción y actitud. Está compuesto por dos subsistemas:
    • El subsistema de suministro de propulsor redundante.
    • Los propulsores de control de actitud y atraque (DPO) ( ruso : ДПО, Двигатели причаливания и ориентации ): son todos los propulsores utilizados para controlar los movimientos de actitud y traslación. Tiene dos conjuntos diferentes de propulsores:
      • Propulsores de alto empuje (DPO-B) ( en ruso : ДПО-Б ): se utilizan para maniobras de actitud, traslación, atraque y desatraque y como motor de desorbitación de respaldo.
      • Propulsores de bajo empuje (DPO-M) ( en ruso : ДПО-М ): se utilizan exclusivamente para el control de actitud.

Cada subsistema se describe en las siguientes secciones. [1]

Sistema de presurización neumática

El sistema de presurización neumática tiene tres funciones principales:

  1. Almacenamiento de gas He a alta presión .
  2. Suministro de presión operacional para el llenado del tanque de combustible.
  3. Suministro de presión de funcionamiento para el accionamiento de las válvulas activadas neumáticamente de la propulsión principal (SKD).

El sistema cuenta con cuatro tanques esféricos de gas presurizador en dos circuitos separados. Cada circuito conecta dos tanques y tiene su transductor de presión individual, válvulas, regulador de presión y válvulas accionadas eléctricamente. Los circuitos están separados por dos válvulas accionadas por cebador que permiten compartir ambos circuitos, utilizar uno solo o utilizar ambos sistemas de forma independiente. El helio se almacena inicialmente a 34,32 MPa (4.978 psi) y se regula a 1,75 MPa (254 psi), con una presión máxima de 2,15 MPa (312 psi) y una mínima de 1,37 MPa (199 psi), que es la presión mínima requerida para activar las válvulas accionadas neumáticamente del SKD. [1]

Suministro de propulsor

El subsistema de alimentación de combustible tiene como función garantizar el suministro de combustible dentro de los parámetros de funcionamiento requeridos por los motores. Utiliza dos tanques de combustible y dos de comburente en dos circuitos separados. Está dividido en tres circuitos de alimentación de combustible:

  1. Circuito de Propulsión Principal (SKD): alimenta el SKD (motor principal S5.80) a través de una serie de válvulas accionadas neumáticamente a través de dos líneas redundantes.
  2. Primer circuito DPO: alimenta todos los propulsores de alto empuje (originalmente 14 DPO-B, posteriormente 16) y la mitad de los propulsores de bajo empuje (seis DPO-M) a través de una línea controlada por válvulas accionadas electrohidráulicas .
  3. Segundo circuito DPO: suministra propulsor a la otra mitad (seis DPO-M) de los propulsores de bajo empuje, también a través de válvulas accionadas electrohidráulicas.

El primer y segundo circuito DPO están conectados a través de válvulas accionadas electrohidráulicas que permiten la transferencia de propulsante entre líneas en caso de falla de un circuito de presurización o de almacenamiento de propulsante. De esta manera, el sistema cuenta con circuitos duales y redundantes en todas sus etapas. La carga total de propulsante puede variar entre 440 kg (970 lb) y 892 kg (1,967 lb). [1]

Propulsión principal (SKD)

Su unidad de propulsión principal, utiliza el motor principal S5.80 ( SKD ). Está montado sobre un cardán accionado electromecánicamente que le permite girar ±5° en cabeceo y guiñada. También tiene una tapa de la tobera del motor accionada electromecánicamente que tarda 15 segundos en abrirse y 25 segundos en cerrarse. Todo el suministro de propulsor tiene circuitos redundantes. [1] El S5.80 genera 2,95 kN (660 lbf) de empuje con una presión de cámara de 0,88 MPa (128 psi) y una expansión de la tobera de 153,8 que le permite alcanzar un impulso específico de 302 s (2,96 km/s). Está clasificado para 30 arranques con un tiempo total de encendido de 890 segundos. [3]

Propulsores de control de actitud/atraque (DPO)

El subsistema de propulsores de control de actitud y atraque se compone de dos tipos de propulsores:

  1. El DPO-B de alto empuje ( en ruso : ДПО-Б ): el KTDU-426 original usaba el 11D428 (designación del fabricante RDMT-135 ). El KTDU-80 inicialmente usaba el 11D428A , la versión posterior usa el 11D428A-16 de eficiencia mejorada . Todas las versiones han sido suministradas por NIIMash . Desde el KTDU-426 original hasta Soyuz TMA-4, el KTDU usó 14 DPO-B. Desde Soyuz TMA-5 y todos los Soyuz-TMA-M han usado 16 propulsores DPO-B. Estos pueden usarse para maniobras de atraque y desatraque, para control de actitud y, en caso de falla del motor principal SKD, para quemar la órbita. Cuando se usan en esa función, se llaman DPO-BT ( en ruso : ДПО-Бт ). [1] El 11D428A-16 genera 129,16 N (29,04 lbf) de empuje con una presión de entrada de 1,76 MPa (255 psi) y alcanza un impulso específico de 291 s (2,85 km/s). Está diseñado para 500.000 igniciones con una duración máxima total de combustión de 2.000 segundos. [4]
  2. El DPO-M de bajo empuje ( en ruso : ДПО-М ): el KTDU-426 utilizó el 11D427 , y el KTDU-80 utilizó inicialmente el 11D427M mejorado , pero las versiones posteriores cambiaron al S5.142 (nombre del fabricante DST-25 ). El DPO-M solo se puede utilizar para el control de actitud. [1] El S5.142 genera 25 N (5,6 lbf) de empuje con una presión de cámara de 0,8 MPa (120 psi) y alcanza un impulso específico de 285 s (2,79 km/s). Está clasificado para 300.000 igniciones con un tiempo total de encendido de 25.000 segundos. [5]

Historia

La Soyuz original tenía un sistema de corrección orbital separado ( KTDU-35 ) de su sistema de orientación. Este último, integraba un sistema de control de reacción llamado DPO y el sistema de control de actitud , llamado DO . La KTDU-35 tenía un motor de corrección orbital principal SKD , el S5.60 y un motor de corrección orbital de respaldo DKD , el S5.35 . Estos dos eran motores generadores de gas que quemaban UDMH y AK27I . Los propulsores DPO y DO, por otro lado, eran cohetes alimentados a presión con un solo propulsante que usaban la descomposición catalítica de H 2 O 2 para generar empuje. Tener sistemas tan disímiles con diferentes ciclos, propulsantes y sistemas de alimentación agregó modos de falla y requirió equipo de respaldo pesado, como el motor de desorbitación de respaldo, el S5.35. [4]

Para la Soyuz-T (primer vuelo durante 1979), el OKB-2 de Isayev desarrolló para TsKBEM un sistema de propulsión integrado, el KTDU-426 . Una ventaja de este sistema es que, dado que el DPO podría usarse como respaldo de la propulsión principal para la corrección de la órbita y las maniobras de desorbitación, no hubo necesidad de agregar una propulsión principal de respaldo (el DKD S5.35 en el sistema anterior). Pero lo más importante es que pudieron implementar una redundancia más extensa mientras mantenían baja la masa del sistema. Y al cambiar todos los motores al mismo propulsor, todas las reservas podrían consolidarse reduciendo aún más la masa. También cambiaron a un propulsor más eficiente y almacenable UDMH y N 2 O 4 , lo que mejoró aún más el rendimiento. [6] El sistema de control de actitud de la cápsula de reentrada , todavía utiliza la descomposición catalítica de H 2 O 2 , pero ese es un sistema completamente separado.

Para esta versión del KTDU, utilizaron el ciclo alimentado a presión para todos los motores de cohetes y propulsantes consolidados en la combinación UDMH/N2O4 , que proporciona una densidad y un impulso específico superiores y se puede almacenar durante años en el espacio. Para el motor de corrección orbital (SKD), desarrollaron el 11D426 . Este, si bien es menos potente que el S5.60 ( 3,09 kN (690 lbf) frente a 4,09 kN (920 lbf)), mejoró la eficiencia con un impulso específico de 292 segundos (el S5.60 tenía 278 s). [7] Además, el cambio al ciclo alimentado a presión eliminó el uso de turbobombas y sus problemas asociados de costo y confiabilidad. Y también permitió la reducción del tiempo mínimo de combustión y los transitorios del motor, ya que no había histéresis de arranque y apagado de la turbina. [8]

Para el nuevo y mejorado sistema de control de actitud de alto empuje (DPO-B), conocido como 11D428 , mantuvieron el uso de 14 propulsores, pero en lugar de H2O2 monopropelente utilizaron el mismo ciclo y propelente que el 11D426 SKD. También aumentaron el empuje de los 98 N (22 lbf) anteriores a 137,2 N (30,8 lbf ). Esto permitió que el DPO-B actuara como motor de respaldo para la maniobra de desorbitación, lo que eliminó la necesidad del motor de desorbitación de respaldo (el DKD), simplificando aún más el sistema. Para el sistema de control de actitud de bajo empuje (DPO-M), utilizaron el nuevo 11D427. El número de motores se incrementó de 8 a 12, y el empuje aumentó de 14,7 N (3,3 lbf) a 24,5 N (5,5 lbf). [7] [8]

La introducción del Soyuz-TM en 1986 supuso una nueva revisión del sistema de propulsión, el KTDU-80 . Se trataba de una revisión evolutiva del sistema KTDU-426, más bien de una transición revolucionaria como la realizada a partir del KTDU-35. El subsistema de suministro de propulsor pasó a utilizar diafragmas metálicos para la presurización del tanque. El motor principal SKD se cambió por el nuevo S5.80 . Aunque era ligeramente menos potente que el 11D426 con 2,95 kN (660 lbf), el impulso específico aumentó a 302 s (2,96 km/s) y el tiempo total de combustión aumentó de 570 segundos a 890. El DPO-M de bajo empuje utilizó inicialmente el 11D427M , una versión mejorada del 11D427 que aumentaba el empuje a 26,5 N (6,0 lbf). Sin embargo, debido a problemas de fabricación, estos fueron posteriormente cambiados (por Soyuz TM-23 ) por el S5.142 (nombre del fabricante DST-25 ). [5] Dado que el S5.142 carece de un transductor de presión en su cámara de combustión principal, la aviónica tuvo que ser modificada. Por otro lado, este cambio permitió que el DPO-B mantuviera el PAO alejado de la cápsula de reentrada después de la separación. [8]

El sistema de alto empuje DPO-B inicialmente mantuvo el 11D428A utilizado en el KTDU-426. Dado que el DPO-B también actúa como motor de respaldo para el SKD principal, siempre tienen que mantener una reserva de propulsante en caso de falla del SKD que es peso muerto. Por lo tanto, un proyecto para desarrollar una versión más eficiente, el 11D428A-16, se inició en 1993. Durante una serie de vuelos ( M-36 , M-37 y M-38 ), Progress-M voló con un juego parcial de 11D428A-16. En Progress M-39 voló con un juego completo de 11D428A-16, y finalmente Soyuz TM-28 marcó el debut del cambio a 11D428A-16 para la nave tripulada, lo que significó un ahorro de 30 kg (66 lb). [8]

La experiencia en la Estación Espacial Internacional trajo consigo algunos cambios adicionales. La experiencia había demostrado que durante las operaciones de acoplamiento, sólo había dos DPO-B disponibles para las operaciones de aborto. Por ello, el 23 de octubre de 2002 se inició formalmente un proyecto para añadir dos DPO-B adicionales, lo que elevó el número total de motores DPO de alto empuje a 16. La Soyuz TMA-5 fue la primera nave espacial en volar con esta nueva configuración. Con la Soyuz TMA-11M debutó una nueva disposición de los propulsores DPO-B. Pero se trata de una configuración específica de la nave espacial y no supone ningún cambio en el KTDU-80 en sí. [8]

Las nuevas naves espaciales Soyuz-MS y Progress-MS son una evolución de la KTDU-80. Ahora, los 28 propulsores son del tipo DPO-B de alto empuje, dispuestos en 14 pares. Cada circuito de suministro de propulsor se encarga de 14 DPO-B, y cada elemento de cada par de propulsores es alimentado por un circuito diferente. Esto proporciona una tolerancia total a fallos en los propulsores o en el circuito de propulsor. [9] [10]

Versiones

Este motor ha tenido dos variantes principales:

  • KTDU-426 ( Índice GRAU 11D426 ): Esta fue la versión original desarrollada para la Soyuz-T que reemplazó al KTDU-35 de la Soyuz de la generación anterior . [11] Integró en la unidad KTDU, el sistema de control de reacción (DPO), el control de actitud (DO) y la propulsión principal (SKD y DKD) en un solo sistema. La nueva disposición permitió el uso del DPO como respaldo para el motor de desorbitación, y por lo tanto se eliminó el DKD. El SKD utilizó el nuevo 11D426 , que si bien tenía menos empuje, tenía mejor impulso específico, y por lo tanto redujo la masa total. Los mismos elementos se utilizaron en la propulsión de la estación espacial S5.79 . [8] [12]
  • KTDU-80 : Desarrollado entre 1968 y 1974 para la Soyuz-TM , todavía se utiliza con ligeros cambios en la Soyuz-TMA-M . Para los tanques cambiaron a un diafragma metálico para la presurización. [13] El motor principal SKD fue cambiado al S5.80 más eficiente . Inicialmente utilizaron el 11D427M mejorado para la DPO-M, pero para la Soyuz TM-23 cambiaron los modelos al S5.142 por razones de capacidad de fabricación. Inicialmente se utilizó el 11D428A como DPO-B. Pero se cambió al 11D428A-16 para reducir el peso muerto. Desde la Soyuz TMA-5 , se agregaron dos DPO-B adicionales para duplicar el empuje en caso de un aborto durante las maniobras de atraque. [8] [14]
  • KTDU-80 (Soyuz MS) : Si bien a junio de 2016 no se sabe si todavía se llama KTDU-80, la versión Soyuz-MS y Progress-MS del sistema de propulsión ha reemplazado todos los DPO-M por DPO-B, y ahora los circuitos de presurización y alimentación de propulsor son completamente simétricos con 14 DPO-B cada uno. [9]

Véase también

  • S5.80 - Motor de propulsión principal (SKD).
  • 11D428A - Sistema de control de reacción del motor de alto empuje (DPO-B).
  • S5.142 - Sistema de control de reacción más reciente para motores de bajo empuje (DPO-M).
  • KTDU-35 - Versión anterior del sistema de propulsión Soyuz.
  • KB KhIMMASH - Desarrollador y fabricante del KTDU.
  • NIIMash - Desarrollador del DPO-M 11D428A-16.
  • Soyuz (nave espacial) : La familia de naves espaciales que están integradas con este sistema.
  • Soyuz-T - Versión de Soyuz que utilizó el KTDU-426.
  • Soyuz-TM - Versión Soyuz que inauguró el KTDU-80.
  • Soyuz-MS - Versión de Soyuz con un KTDU-80 significativamente diferente.

Referencias

  1. ^ abcdefgh RKK Energia (junio de 1999). "3.17. Комбинированная Двигательная Установка (КДУ) (Sistema de propulsión combinado)". Manual de operaciones de la tripulación Soyuz (SoyCOM) (ROP-19) Final . págs. 122-129. {{cite book}}: |website=ignorado ( ayuda )
  2. ^ Brügge, Norbert. «Bloques de propulsión de naves espaciales (KDU) de la oficina de diseño de Isayev (actualmente Khimmash)». B14643.de. Archivado desde el original el 2015-06-02 . Consultado el 2015-06-02 .
  3. ^ ab "Двигатели 1944-2000: Аавиационные, Ракетные, Морские, Промышленные" [Aviadvigatel 19442-2000: aviación, cohetes, naval e industria] (PDF) (en ruso). págs. 75–81 . Consultado el 25 de julio de 2015 .
  4. ^ ab "Motor cohete bipropelente de bajo empuje 11D428A" (PDF) . NIIMash . 2009 . Consultado el 5 de mayo de 2023 .
  5. ^ ab "ЖРДМТ от 0,5 кгс до 250 кгс" [Motor a reacción de pequeño empuje de 0,5 kgf a 250 kgf] (en ruso). KB KhIMMASH . Archivado desde el original el 23 de abril de 2013.
  6. ^ Chertok, Boris (mayo de 2009). "Capítulo 18: El nacimiento de las Soyuz". Cohetes y personas, vol. 3: Los días más calurosos de la Guerra Fría (PDF) . Vol. 3 (NASA SP-2006-4110). NASA . pág. 562. ISBN. 978-0-16-081733-5. Recuperado el 15 de julio de 2015 .
  7. ^ ab Ponomarenko, Alejandro. "Основные двигатели разработки КБХМ" [Los principales motores producidos por KBKhM] (en ruso) . Consultado el 25 de julio de 2015 .
  8. ^ abcdefg Pillet, Nicolás. "Le système de propulsion du vaisseau Soyouz" [El sistema de propulsión de la nave espacial Soyuz] (en francés). Kosmonavtika.com . Consultado el 14 de julio de 2015 .
  9. ^ ab Zak, Anatoly (8 de julio de 2016). "Sistema de propulsión para la nave espacial Soyuz MS". Russian Space Web . Consultado el 9 de julio de 2016 .
  10. ^ Rob Navias (8 de julio de 2016). La nueva y mejorada nave espacial Soyuz ( YouTube ). Space Station Live. NASA JSC . Consultado el 9 de julio de 2016 .
  11. ^ "KDU-426". Enciclopedia Astronautica. Archivado desde el original el 23 de mayo de 2002. Consultado el 25 de julio de 2015 .
  12. ^ "KRD-79". Enciclopedia Astronautica. Archivado desde el original el 27 de junio de 2002. Consultado el 25 de julio de 2015 .
  13. ^ "KTDU-80". Enciclopedia Astronautica. Archivado desde el original el 25 de junio de 2002. Consultado el 25 de julio de 2015 .
  14. ^ McDowell, Jonathan. "5.2: Motores rusos". Jonathan Space Report . Consultado el 25 de julio de 2015 .
  • Página oficial de KB KhIMMASH (en ruso) Archivado el 20 de marzo de 2016 en Wayback Machine
Obtenido de "https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=KTDU-80&oldid=1240015168"