Проектирование спутника связи Ямал

Проект основан  на четырех основных технологических  решениях, ранее не реализованных  в отечественной практике:

1. Негерметичный  корпус КА (позволяет снизить  массу конструкции, увеличить  ресурс спутника).

2. Контурные антенны  с высоким коэффициентом усиления (следствие – по всей зоне  покрытия удерживается примерно  одинаковая энергетика сигнала).

3. Линеаризованные  транспондеры (пропускная способность  ствола увеличивается, в частности  возможна передача семи телеканалов  в «цифре» вместо одного).

4. Однопунктовая схема управления (все операции управления КА проводятся из ЦУПа «Газкома» в подмосковном Королёве).

В ходе проектирования базовой платформы КА «Ямал» специалистами  РКК «Энергия» и смежниками было освоено множество новых технических  решений для данного класса аппаратов. Среди них: как уже было сказано  – негерметичная компоновка отсеков, применение тепловых труб вместо активных систем терморегулирования, никель-водородные аккумуляторы в едином корпусе с  высокими удельными характеристиками, объединенная двигательная установка  на базе ЭРД. Лимит массы также  заставил разработчиков широко применять  композиционные материалы практически  во всех элементах конструкции. 

Система электроснабжения (СЭС) состоит из солнечных батарей (СБ) и никель-водородных аккумуляторов.

Благодаря внедрению  новых конструкторско-технологических  решений удалось существенно  уменьшить массу трехслойных  сотовых панелей СБ – удельная масса составляет 2.91 кг/м². Для примера: у панелей СБ КК «Союз» этот параметр более чем вдвое больше – 6.24 кг/м². Всего же панели СБ (2х4) весят 86.4 кг, привод СБ (производства НИИ КП, Санкт-Петербург) – 10 кг. Кремниевые фотоэлектрические преобразователи солнечных батарей произведены на московском ГНПП «Квант», покрыты защитной пленкой, что уменьшает их радиационную деградацию. Можно вывести еще один определяющий параметр «Ямала» – удельная мощность СБ. Она составляет величину порядка 30 Вт/кг, если за снимаемую мощность принять 2500 Вт, заявленную для конца гарантийного срока эксплуатации. Это хороший показатель.

Для буферизации  электроэнергии на «Ямалах» установлен модуль никель-водородных аккумуляторов (МНВА), включающий в себя две никель-водородные аккумуляторные батареи (НВАБ) и средства термостатирования. Разработкой и изготовлением НВАБ занимался Уральский электрохимический комбинат совместно с «Энергией». При их создании был использован задел «бурановских» технологий. Электрическая разрядная мощность каждой из двух НВАБ составляет 1.5 кВт. Другие параметры неизвестны.

Объединенная  двигательная установка (ОДУ) состоит из восьми электрореактивных двигателей (ЭРД) СПД-70 (производства ОКБ «Факел») и 12 газовых сопел, работающих на том же ксеноне, что и ЭРД. Сопла применяются на начальном этапе для стабилизации аппарата после отделения от РБ и в экстренных случаях. ЭРД же несут основную нагрузку при ориентации, коррекции орбиты и разгрузке маховиков системы управления. СПД-70 имеют удельный импульс 1440 сек, тягу 40 мН и электрическую мощность 0.67 кВт.

В состав ОДУ входят также системы электропитания (с  напряжением до 300 В) и управления, а также блок автоматики тяговых  модулей производства ОАО «АВЭКС».

Благодаря бортовой математике, ее совершенствованию, а  также другим техническим решениям удалось достигнуть более экономичного расхода топлива. Запас ксенона  – это определяющий параметр срока  активного существования КА. Норма  расхода ксенона составляет примерно 10 кг в год. Общий запас рабочего тела, хранящегося в двух баллонах высокого давления, – порядка 110–120 кг. То есть на заявленные 10 лет этого хватит. Теперь этот срок может быть увеличен до 15 лет.

Управление ориентацией  «Ямала» в штатном режиме осуществляется с помощью комплекса двигателей-маховиков  «Колокол», входящего в БКУ. В  систему входят четыре двигателя-маховика и электронный блок. Масса «Колокола» – 31.8 кг, максимальная потребляемая мощность – 83 Вт. 

Корпусные трехслойные  панели «Ямала» весят 134.5 кг. Здесь  конструкторы выиграли порядка 20 кг по сравнению с традиционными решениями. Вес углепластиковых конструкций антенно-фидерных устройств составляет 42.5 кг, переходной фермы – всего 17 кг. 

В настоящее время  загрузка транспондеров «Ямала-100»  близка к насыщению. Около 40% ресурса  используется ОАО «Газпром». Через  спутник также осуществляется эксплуатация цифровых корпоративных сетей ОАО  «Ростелеком», ЗАО «Востоктелеком», ЗАО «Угольтелеком», «Глобал Один», Минатома РФ, МО РФ, Минобразования РФ, Минфина РФ, Минсвязи Туркменистана и ряда других организаций.

Значительная часть  ресурса отведена под цифровое телевещание (в формате MPEG-2) на регионы России и СНГ. Через «Ямал-100» транслируется 25 каналов федеральных и местных  станций. Среди них каналы: «Культура» (3 дубля), НТВ, ДТВ, ТНТ, TB-3, MTV, СТС, АСТВ, «Школьник ТВ», три государственные  телевизионные программы Туркменистана  и другие. Удешевление стоимости частотного ресурса (цифровой формат вместо аналогового) и возможность использовать недорогие земные станции (диаметр приемопередающей станции – 3.7 м, приемной станции – 1.0–2.0 м) позволили сделать доступной трансляцию региональных программ телевидения – Тюменской, Ростовской, Свердловской, Тверской областей, Республики Коми, Хабаровского края и других.

Полоса  частот каждого транспондера 72 МГц 

Полоса  частот каждого транспондера 72 МГц.

Ракета-носитель "Протон-К" вывела космическую  головную часть на опорную орбиту. Доставка блока из двух космических  аппаратов с опорной орбиты на целевую осуществлялась космическим разгонным блоком типа ДМ (11С861-01). После разделения блока космических аппаратов "Ямал-200" на КА-1 и КА-2 переход космических аппаратов с целевой орбиты в рабочие точки стояния на ГСО выполняется автономно.

Основные  технические особенности   
универсальной космической платформы

• Отсутствие традиционных для спутников герметичных отсеков
• Отсеки, панели солнечных батарей, бортовые антенны изготовлены из трехслойных сотовых конструкций на основе композиционных материалов
• Система энергопитания на базе солнечных батарей и никель-водородных аккумуляторов
• Пассивная система терморегулирования с тепловыми трубами
• Система управления движением на базе оптических датчиков, высокоточных измерителей угловых скоростей и маховиков
• Электрореактивная, работающая на ксеноне, двигательная установка (может быть также жидкостная и газовая)
• Единый бортовой комплекс управления, базирующийся на современной вычислительной системе, функционально объединяющий в своем составе все бортовые системы, выполнен с избыточностью, и легко адаптируется за счет соответствующего программного обеспечения к требованиям полезной (целевой) нагрузки, установленной на конкретный космический аппарат

Разгонный блок "ДМ" предназначен для применения на РН "Протон-К","Протон-М" и "Зенит-3". В 1974 г. прошел первые летные испытания для запуска КА на геостационарную орбиту разгонный блок "Д", созданный в конце 1960-х гг. для лунной экспедиции. В последующем он был модернизирован, и с 1976 г. для запуска КА на ГСО используется его модификация - блок "ДМ".

При выведении  КА на ГСО РН может работать по двух- или трехимпульсной схеме. При этом в зависимости от долготы стояния КА на ГСО меняются время нахождения РБ на промежуточных орбитах и соответственно общее время полета, которое может составлять от 7 до 21 ч. Во время полета РБ может функционировать или полностью в автономном режиме, или управляться по радио-каналам с Земли.

Двигатель разгонного блока ЖРД РД-58М многократного  запуска с турбонасосной системой подачи выполнен по схеме с дожиганием окислительного газа. Работает на компонентах  топлива: окислитель - жидкий кислород, горючее - керосин (РГ-1). Двигатель закреплен  в карданном подвесе на внутреннем ярусе двухъярусной фермы. Такая  установка двигателя позволяет  производить управление по каналам  тангажа и рыскания. Для управления по крену используется поворотное сопло, работающее на горячем генераторном газе. В состав ЖРД РД-58М входят также блок многократного запуска и агрегаты автоматики с пневмоуправлением. Кроме того, на РБ установлены два двигателя системы обеспечения запуска, которые закреплены на нижнем днище бака горючего и предназначены для создания начальной осевой перегрузки. Они включаются перед запуском основного ЖРД. Для предотвращения теплового воздействия истекающей газовой струи на элементы конструкции и ЖРД используется донная защита, которая представляет собой сваренный из трубок каркас, обтянутый ЭВТИ.

Приборный отсек  выполнен в виде герметичного торообразного контейнера и закреплен на внутреннем и внешнем ярусах верхней фермы. Контейнер изготовлен разъемным и содержит приборы системы управления, а также воздушно-жидкостную систему терморегулирования. Разгонный блок "ДМ" комплектуется коническим и цилиндрическим переходниками, которые связывают его с РН. При отделении РБ от третьей ступени РН конический переходник отделяется вместе со ступенью, а через некоторое время сбрасывается и ци-линдрический переходник. Масса сухого блока без сбрасываемых элементов - 2200 кг, максимальная длина - 6,26 м, максимальный диаметр - 4,1 м, масса КРТ и газов - 15 095 кг.