KTDU-80
KTDU-80
SKDノズルカバーを閉じた状態でISSを離脱するソユーズTM-32
原産国ロシア
メーカーKB キムマッシュ
前任者KTDU-35
状態生産中
液体燃料エンジン
推進剤N 2 O 4 / UDMH
サイクル圧力供給
パフォーマンス
推力2.95 kN
チャンバー圧力880 kPa
比推力302秒
燃焼時間890秒
ジンバル範囲5
寸法
長さ1.2メートル
直径2.1メートル
使用場所
ソユーズ、プログレス

KTDU -80（ロシア語：Корректирующе-Тормозная Двигательная Установка, КТДУ ）は、 KB KhIMMASH社がソユーズT以来ソユーズに搭載してきた統合推進システムシリーズの最新モデルである。主推進、RCS、姿勢制御を、共通のデュアルストリング冗長加圧推進システムから供給される単一システムに統合している。共通の推進剤はUDMHとN 2 O 4で、主推進ユニットはS5.80メインエンジンである。チャンバー内圧880 kPa（128 psi）、ノズル膨張率153.8%で2.95 kN（660 lbf）の推力を発生し、比推力302 s（2.96 km/s）を達成する。定格発射回数は30回で、総発射時間は890秒である。加圧装置やタンクを除いた一体型システムの重量は310 kg（680 lb）、全長1.2 m（47 in）、直径2.1 m（83 in）である。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

説明

KTDU-80システムは、二重列冗長推進剤・加圧システム、主推進システム（SKD）、RCS（DPO-B）、姿勢制御システム（DPO-M）を統合している。これらの推進要素はすべて、共通の加圧推進剤供給源からUDMHとN 2 O 4を燃焼する加圧供給ロケットエンジンである。[ 1 ] KTDU-80は機械的に2つのセクションに分かれている。

  • 基本ユニット（BB）（ロシア語：ББ、Базовый Блок）：主推進装置であり、推進剤の加圧および貯蔵システムをすべて備えています。3つのサブシステムに分割されます。
    • 空気圧加圧システム：すべてのタンクと配管を加圧状態に保ち、貯蔵サブシステムと推進サブシステムにおいて適切な作動圧力が維持されることを保証するシステムです。圧力供給エンジンの使用を考えると、このサブシステムは非常に重要であり、故障すると乗組員が宇宙空間に取り残される可能性があります。
    • 推進剤供給システム：軌道制御エンジンへの推進剤供給を確実に行うシステム。貯蔵および推進剤分配機能を含む。
    • 軌道機動エンジン (SKD) (ロシア語: ББ、Сближающе-корректирующий двигатель (СКД) ):
  • Berthing/Attitude Control Thruster Subsystem (DPO) (ロシア語: ДПО, Подсистема двигателей причаливания и ориентации ): 反応および姿勢制御システムです。これは 2 つのサブシステムで構成されています。
    • 冗長化された推進剤供給サブシステム。
    • 停泊/姿勢制御スラスター (DPO) (ロシア語: ДПО, Двигатели причаливания и ориентации ): これらはすべて、姿勢と並進運動を制御するために使用されるスラスターです。 2 つの異なるスラスター セットがあります。
      • 高推力スラスタ（DPO-B）（ロシア語：ДПО-Б）：姿勢制御、移動、ドッキングおよびドッキング解除の操作、およびバックアップ軌道離脱エンジンとして使用されます。
      • 低推力スラスタ（DPO-M）（ロシア語：ДПО-М）：姿勢制御専用です。

各サブシステムについては以下のセクションで説明する。[ 1 ]

空気圧加圧システム

空気圧加圧システムには主に 3 つの機能があります。

  1. 高圧Heガスの貯蔵。
  2. 推進剤タンクの残量に対する作動圧力の供給。
  3. 主推進装置（SKD）の空気圧作動バルブを作動させるための動作圧力を供給します。

このシステムは、2つの独立した回路に4つの球形加圧ガスタンクを備えています。各回路は2つのタンクを接続し、それぞれに圧力変換器、バルブ、圧力調整器、電動バルブが備わっています。回路は2つのスクイブ作動バルブによって分離されており、両方の回路を共有したり、1つの回路だけを使用したり、両方のシステムを独立して使用したりすることができます。ヘリウムは初期状態で34.32 MPa（4,978 psi）で貯蔵され、1.75 MPa（254 psi）に調整されます。最大圧力は2.15 MPa（312 psi）、最小圧力は1.37 MPa（199 psi）で、SKDの空気圧作動バルブを作動させるために必要な最小圧力です。[ 1 ]

推進剤供給

推進剤供給サブシステムの機能は、エンジンの必要な動作パラメータ内での推進剤の供給を保証することです。2つの燃料タンクと2つの酸化剤タンクを2つの独立した回路で使用します。これは3つの推進剤供給回路に分かれています。

  1. 主推進 (SKD) 回路: 2 つの冗長ラインを通る一連の空気圧作動バルブを通じて SKD (S5.80 主エンジン) に燃料を供給します。
  2. 最初の DPO 回路:電気油圧作動バルブによって制御されるラインを通じて、すべての高推力スラスタ (当初 14 個の DPO-B、後に 16 個) と低推力スラスタの半分 (6 個の DPO-M) に電力を供給します。
  3. 第 2 DPO 回路: これも電気油圧作動バルブを通じて、低推力スラスタの残りの半分 (6 つの DPO-M) に推進剤を供給します。

第1および第2のDPO回路は、電気油圧作動弁を介して接続されており、加圧回路または推進剤貯蔵回路の1つが故障した場合に、ライン間で推進剤を移送することができます。したがって、システムはすべての段階で二重かつ冗長な回路を備えています。推進剤の総負荷は440 kg（970ポンド）から892 kg（1,967ポンド）の範囲で変化します。[ 1 ]

主推進装置（SKD）

主推進ユニットには、S5.80主エンジン（SKD）が1基搭載されています。電気機械式ジンバルに搭載されており、ピッチングとヨー方向に±5°回転できます。また、電気機械式エンジンノズルカバーも備えており、開閉には15秒、25秒かかります。すべての推進剤供給には冗長回路が採用されています。[ 1 ] S5.80は、チャンバー圧力0.88 MPa（128 psi）、ノズル膨張率153.8で2.95 kN（660 lbf）の推力を発生し、比推力302 s（2.96 km/s）を達成します。定格発射回数は30回で、総発射時間は890秒です。[ 3 ]

バース/姿勢制御スラスタ（DPO）

停泊および姿勢制御スラスタ サブシステムは、次の 2 種類のスラスタで構成されています。

  1. 高推力DPO-B (ロシア語: ДПО-Б )：オリジナルの KTDU-426 では11D428 (製造元指定RDMT-135 ) を使用していました。KTDU-80 では当初11D428Aが使用され、後のバージョンでは効率が改善された11D428A-16が使用されました。すべてのバージョンはNIIMashによって提供されてきました。オリジナルの KTDU-426 からSoyuz TMA-4まで、 KTDU は 14 個の DPO-B を使用していました。Soyuz TMA-5以降、およびすべてのSoyuz-TMA-Mでは 16 個の DPO-B スラスタが使用されています。これらは、ドッキングおよびドッキング解除の操作、姿勢制御、および SKD メイン エンジンが故障した場合の軌道離脱燃焼に使用できます。その機能で使用される場合、それらは DPO-BT (ロシア語: ДПО-Бт ) と呼ばれます。[ 1 ] 11D428A-16は、入口圧力1.76 MPa（255 psi）で129.16 N（29.04 lbf）の推力を発生し、比推力291秒（2.85 km/s）を達成します。最大燃焼時間は2,000秒で、50万回の点火が可能です。[ 4 ]
  2. 低推力DPO-M（ロシア語：ДПО-М）：KTDU-426は11D427を使用し、KTDU-80は当初改良型の11D427Mを使用したが、後にS5.142（メーカー名DST-25 ）に変更された。DPO-Mは姿勢制御にのみ使用できる。[ 1 ] S5.142は、チャンバー圧力0.8 MPa（120 psi）で25 N（5.6 lbf）の推力を発生し、比推力285秒（2.79 km/s）を達成する。総点火時間は25,000秒で、300,000回の点火が可能である。[ 5 ]

歴史

オリジナルのソユーズには、軌道修正システム（KTDU-35）が姿勢システムから分離されていた。後者は、DPOと呼ばれる反応制御システムとDOと呼ばれる姿勢制御システムを統合していた。KTDU-35には、主軌道修正エンジンSKD（S5.60）と予備軌道修正エンジンDKD（S5.35 ）があった。これら2つは、UDMHとAK27Iを燃焼させるガス発生エンジンだった。一方、DPOとDOのスラスタは、H 2 O 2の触媒分解を利用して推力を発生させる一液性推進剤の圧力供給ロケットだった。サイクル、推進剤、供給システムが異なる異種システムを持つことで故障モードが増え、予備軌道離脱エンジンS5.35のような大型のバックアップ装置が必要になった。[ 4 ]

ソユーズT（初飛行1979年）向けに、イサエフのOKB-2はTsKBEM向けに統合推進システムKTDU-426を開発した。このシステムの利点は、DPOを軌道修正や軌道離脱操作のための主推進のバックアップとして使用できるため、バックアップ主推進（以前のシステムのDKD S5.35）を追加する必要がなかったことである。しかし、さらに重要なことは、システムの質量を抑えながら、より広範な冗長性を実装できたことである。また、すべてのエンジンを同じ推進剤に切り替えることで、すべての予備を統合して質量をさらに減らすことができた。彼らはまた、より効率的で貯蔵しやすい推進剤UDMHとN 2 O 4に切り替え、性能をさらに向上させた。[ 6 ]再突入カプセルの姿勢制御システムは、まだH 2 O 2の触媒分解を使用しているが、これは完全に別のシステムである。

KTDUのこのバージョンでは、すべてのロケットエンジンに圧力供給サイクルを使用し、優れた密度と比推力を提供し、宇宙で何年も保管できるUDMH/N 2 O 4の組み合わせに推進剤を統合しました。軌道修正エンジン（SKD）用に、彼らは11D426を開発しました。これはS5.60（3.09 kN（690 lbf）対4.09 kN（920 lbf））よりも出力は低いものの、比推力は292秒（S5.60は278秒）と効率が向上しました。[ 7 ]また、圧力供給サイクルへの切り替えにより、ターボポンプの使用がなくなり、それに伴うコストと信頼性の問題もなくなりました。また、タービンの起動と停止のヒステリシスがないため、最小燃焼時間とエンジン過渡現象の削減も可能になりました。[ 8 ]

11D428として知られる改良型高推力RCS（DPO-B）では、14基のスラスタはそのままに、H 2 O 2モノプロペラントの代わりに11D426 SKDと同じサイクルと推進剤を使用しました。また、推力は従来の98 N（22 lbf）から137.2 N（30.8 lbf）に増強されました。これにより、DPO-Bは軌道離脱操作時のバックアップエンジンとして機能するようになり、バックアップ軌道離脱エンジン（DKD）が不要になり、システムがさらに簡素化されました。低推力姿勢制御システム（DPO-M）には、新型の11D427が使用されました。エンジンの数は8基から12基に増加し、推力は14.7 N（3.3 lbf）から24.5 N（5.5 lbf）に増強された。[ 7 ] [ 8 ]

1986年のソユーズTMの導入により、推進システムが新しく改訂され、KTDU-80が採用されました。これはKTDU-426システムの進化版であり、KTDU-35から行われたもののような革新的な移行でした。燃料供給サブシステムは、タンク加圧用に金属ダイアフラムに切り替わりました。SKDメインエンジンは新型のS5.80に変更されました。2.95 kN（660 lbf）で11D426よりわずかに出力が劣るものの、比推力は302秒（2.96 km/s）に増加し、総燃焼時間は570秒から890秒に増加しました。低推力のDPO-Mには当初、11D427のアップグレード版で推力を26.5 N（6.0 lbf）に増加した11D427Mが使用されていました。しかし、製造上の問題から、後にソユーズTM-23によってS5.142（製造元名はDST-25 ）に変更されました。[ 5 ] S5.142は主燃焼室に圧力トランスデューサーが搭載されていなかったため、航空電子機器の改造が必要でした。一方、この変更により、DPO-Bは分離後にPAOをカプセルから遠ざけることが可能になりました。[ 8 ]

高推力DPO-Bシステムでは、当初KTDU-426で使用されていた11D428Aが流用された。DPO-Bは主SKDのバックアップエンジンとしても機能するため、SKDの故障に備えて常に予備の推進剤を保持しておく必要があり、これがデッドウェイトとなる。そこで、より効率的なバージョンである11D428A-16を開発するプロジェクトが1993年に開始された。一連の飛行（M-36、M-37、M-38）では、プログレスMは11D428A-16を部分的に搭載して飛行した。プログレスM-39では11D428A-16をフルセットで搭載し、最終的にソユーズTM-28で有人機の11D428A-16への切り替えが初めて実施され、30kg（66ポンド）の軽量化が実現した。[ 8 ]

国際宇宙ステーションでの経験から、さらなる変更がもたらされました。ドッキング操作中、アボート操作に使用できるDPO-Bは2基しかないことが経験的に分かっていました。そのため、2002年10月23日、DPO-Bを2基追加するプロジェクトが正式に開始され、高推力DPOエンジンの総数は16基となりました。ソユーズTMA-5はこの新しい構成で飛行した最初の宇宙船でした。ソユーズTMA-11Mでは、DPO-Bスラスタの新しい配置が初めて採用されました。しかし、これは宇宙船固有の構成であり、KTDU-80自体に変更を加えるものではありませんでした。[ 8 ]

新型ソユーズMSおよびプログレスMS宇宙船は、KTDU-80の進化版を搭載しています。現在、全28基のスラスタは高推力のDPO-Bで、14対配置されています。各推進剤供給回路は14個のDPO-Bを処理し、各スラスタペアの各要素には異なる回路から電力が供給されます。これにより、スラスタまたは推​​進剤回路の故障に対する完全なフォールトトレランスが実現されています。[ 9 ] [ 10 ]

バージョン

このエンジンには主に 2 つのバリエーションがあります。

  • KTDU-426 ( GRAU Index 11D426 ): これはソユーズT用に開発されたオリジナルバージョンで、前世代のソユーズのKTDU-35の後継機です。[ 11 ] KTDUユニットに、反応制御システム（DPO）、姿勢制御（DO）、主推進システム（SKDとDKD）が1つのシステムに統合されました。新しい配置により、DPOを軌道離脱エンジンのバックアップとして使用できるようになり、DKDは廃止されました。SKDには新しい11D426が使用され、推力は低下しましたが、比推力が向上し、全体の質量が軽減されました。同じ要素がS5.79宇宙ステーションの推進にも使用されました。[ 8 ] [ 12 ]
  • KTDU-80 : 1968年から1974年にかけてソユーズTM用に開発され、ソユーズTMA-Mでも若干の変更を加えて現在も使用されている。燃料タンクは加圧用の金属ダイアフラムに切り替えられた。[ 13 ] SKDメインエンジンはより効率の高いS5.80に変更された。当初はDPO-Mとして改良された11D427Mが使用されていたが、ソユーズTM-23では製造上の理由からS5.142にモデルが切り替えられた。当初は11D428AがDPO-Bとして使用されていたが、自重を減らすため11D428A-16に変更された。ソユーズTMA-5以降、ドッキング操作中の中断に備えて推力を2倍にするため、さらに2基のDPO-Bが追加された。[ 8 ] [ 14 ]
  • KTDU-80 (ソユーズMS) : 2016年6月現在、まだKTDU-80と呼ばれているかどうかは不明ですが、ソユーズMSとプログレスMSバージョンの推進システムは、すべてのDPO-MをDPO-Bに置き換え、現在では加圧回路と推進剤供給回路はそれぞれ14個のDPO-Bで完全に対称になっています。[ 9 ]

参照

  • S5.80 - 主推進エンジン（SKD）。
  • 11D428A - 反応制御システム高推力エンジン（DPO-B）。
  • S5.142 - 最新の反応制御システム低推力エンジン（DPO-M）。
  • KTDU-35 - ソユーズ推進システムの以前のバージョン。
  • KB KhIMMASH - KTDU の開発者および製造業者。
  • NIIMash - DPO-M 11D428A-16 の開発者。
  • ソユーズ (宇宙船) - このシステムに統合されている宇宙船のファミリー。
  • ソユーズ-T - KTDU-426 を使用したソユーズ バージョン。
  • Soyuz-TM - KTDU-80 を導入した Soyuz バージョン。
  • Soyuz-MS - KTDU-80 が大きく異なる Soyuz バージョン。

参考文献

  1. ^ a b c d e f g h「3.17. Комбинированная Двигательная Установка (КДУ) (複合推進システム)」。ソユーズ乗組員運用マニュアル (SoyCOM) (ROP-19) 最終版。RKKエネルギア。 1999 年 6 月、 122 ～ 129ページ 。
  2. ^ Brügge, Norbert. 「Isayevの設計局（現Khimmash）の宇宙船推進ブロック（KDU）」 . B14643.de. 2015年6月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年6月2日閲覧。
  3. ^ a b "Двигатели 1944-2000: Аавиационные, Ракетные, Морские, Промыленные" [Aviadvigatel 19442-2000: 航空、ロケット、海軍、産業] (PDF) (ロシア語)。75～ 81ページ 。2015 年 7 月 25 日に取得。
  4. ^ a b「二液推進剤低推力ロケットエンジン11D428A」（PDF） NIIMash 2009年2023年5月5日閲覧。
  5. ^ a b "ЖРДМТ от 0,5 кгс до 250 кгс" [0.5 kgfから250 kgfまでの小型推力ジェットエンジン] (ロシア語). KB KhIMMASH . 2013年4月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  6. ^ Chertok, Boris (2009年5月). 「第18章 ソユーズの誕生」. Rockets and People Vol. 3 — Hot Days of the Cold War (PDF) . Vol. 3 (NASA SP-2006-4110). NASA . p. 562. ISBN 978-0-16-081733-5. 2015年7月15日閲覧。
  7. ^ a bポノマレンコ、アレクサンダー。「Основные двигатели разработки КБХМ」 [KBKhM が製造した主要エンジン] (ロシア語) 。2015 年 7 月 25 日に取得。
  8. ^ a b c d e f gピレット、ニコラス。「Le système de propulsion du vaisseau Soyouz」 [ソユーズ宇宙船の推進システム] (フランス語)。コスモナフティカ.com 。2015 年 7 月 14 日に取得。
  9. ^ a b Zak, Anatoly (2016年7月8日). 「ソユーズMS宇宙船の推進システム」 . ロシア宇宙ウェブ. 2016年7月9日閲覧。
  10. ^ Rob Navias (2016年7月8日).新型改良型ソユーズ宇宙船( YouTube ). 宇宙ステーションライブ. NASA JSC . 2016年7月9日閲覧。
  11. ^ 「KDU-426」。Encyclopedia Astronautica。2002年5月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年7月25日閲覧。
  12. ^ "KRD-79" . Encyclopedia Astronautica. 2002年6月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年7月25日閲覧。
  13. ^ 「KTDU-80」。Encyclopedia Astronautica。2002年6月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年7月25日閲覧。
  14. ^マクダウェル、ジョナサン。「5.2：ロシアのエンジン」。ジョナサン・スペース・レポート。 2015年7月25日閲覧。
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