Космические технологии. Ученые ЮУрГУ провели уникальный эксперимент
«Горючее… подача включена. Наддув включен. Давление — есть. Охлаждение, расход — есть по обоим каналам. Старты… поставим секунд восемь. Готовность! Пуск!». После этой команды, прозвучавшей на полигоне, произошло историческое событие, которое войдет не только в летопись Южно-Уральского государственного университета, но и России.
Прорывная разработка
Впервые в истории нашей страны прошли успешные испытания демонстратора многодвигательной установки с общим центральным телом, системами навигации и управлением движения. Прорывная разработка ученых ЮУрГУ — яркий пример силы научной мысли и импортоопережения.
Идея многоразовой ракеты была предложена Государственным ракетным центром имени академика В.П. Макеева. Чтобы подтвердить работоспособность идеи, был необходим демонстратор двигательной установки с системой управления. Этой работой в рамках Уральского межрегионального научно-образовательного центра «Передовые производственные технологии и материалы» занимался Южно-Уральский государственный университет.
Ректор ЮУрГУ Александр Вагнер поручил возглавить работу по созданию демонстратора президенту университета, доктору технических наук, профессору Александру Шестакову. И дело не только в большом инженерном опыте. Александр Леонидович был руководителем и ответственным исполнителем нескольких успешных проектов, связанных с космическими технологиями.
Будучи молодым инженером ГРЦ имени академика В.П. Макеева, в течение трех лет он вел крупный проект по созданию динамического стенда для наземной отработки систем управления морской баллистической ракеты. Александр Шестаков разрабатывал наземный комплекс для отработки системы управления советского многоразового космического корабля «Буран». А еще занимался калибровкой датчиков Солнца и Земли спутника по ориентации на звезды. Три стратегически важных проекта были реализованы, технологии внедрены. И вот теперь под руководством Александра Шестакова завершен еще один важный проект, в реализации которого участвовало более 40 ученых и специалистов ЮУрГУ.
Девять месяцев шла подготовка эксперимента. В работу были вовлечены молодые исследователи, готовится несколько кандидатских диссертаций по этому направлению. В ходе успешных испытаний установка с шестнадцатью реактивными двигателями поднялась на 10 метров, приземлилась в заданную точку и была готова к новым пускам.
Точные параметры
Успех эксперимента предопределило сочетание трех основных частей проекта: двигательная установка, навигационная система и система управления. Многодвигательная универсальная установка рассчитана на функционирование, как на земле, так и в безвоздушном пространстве. Особенность в том, что 16 реактивных двигателей малой тяги работают на одно общее центральное тело.
«Двигательная установка создает тягу для полета космического аппарата. На ней установлены различные датчики, системы управления, навигации. Полет обеспечивается на основании данных о положении, скорости и ускорениях, — рассказывает Алексей Шульц, младший научный сотрудник лаборатории проблем физико-химии и газодинамики двигательных установок многоразовых ракет-носителей ЮУрГУ. — По итогам эксперимента стало ясно, что двигательная установка выполняет свою задачу, задает необходимую величину и направление тяги. Кроме того, сила тяги изменяется по времени в заданном диапазоне. Соответственно системы управления и навигации нормально отрабатывают свою функцию».
По словам доцента кафедры «Информационно-измерительная техника» ЮУрГУ, кандидата технических наук Дмитрия Кацая, для приземления в заданном месте важно определить позиционирование блока двигателей в пространстве и дать необходимую информацию системе управления двигателями.
«В рамках эксперимента мы разработали комплексированную инерциальную навигационную систему бесплатформенного типа. Она обеспечивает точную посадку подвижного объекта в любую погоду. Посадка является завершающим и самым сложным этапом полета, на который приходится максимальное количество происшествий. Отсюда повышенные требования к инерциальным системам навигационного типа.
Комплекс нескольких информационных систем, независящих друг от друга, позволяет определять положение и ориентацию подвижного объекта в пространстве. Мы используем бесплатформенную инерциальную навигационную систему, систему технического зрения, лазерный высотомер. Благодаря полученной информации достаточно точно определяются параметры ориентации многодвигательной установки в пространстве. Результаты, которые мы увидели на испытаниях, подтвердили надежность и точность работы комплексированной навигационной системы».
Важный результат
Демонстратор может двигаться в пространстве самостоятельно, вычисляя траекторию приземления в заданной точке. Задача была решена благодаря компетенциям инженеров ЮУрГУ и междисциплинарному подходу.
«Наша группа занималась разработкой системы управления для демонстратора, — рассказывает заведующий лабораторией систем управления летательными аппаратами, кандидат технических наук Виктор Садов. — Особенность этой работы в том, что мы управляем многокамерным двигателем, который позволяет регулировать вектор тяги. Поэтому мы можем обеспечивать движение демонстратора в любом направлении. По сути, наша группа интегрировала работу остальных групп проекта. Результаты эксперимента показывают, что созданная нами система управления обеспечивает движение летательных аппаратов на этапе посадки».
Об уникальной разработке челябинских ученых знают за рубежом. В одном из интервью Илон Маск был вынужден признать, что в Соединенных Штатах не используют ракетные двигатели с центральным телом. По словам основателя компании SpaceX, эта схема на сегодняшний день не достаточно опробована и предстоит еще много исследований, прежде чем в распоряжение мировой космонавтики поступит надежно работающий образец.
Эксперимент ученых ЮУрГУ открыл перспективы использования многоразовых ракет-носителей. Все крупные проекты государственной корпорации «Роскосмос» начинаются с демонстраторов. Выполненная разработка и проведенный эксперимент показали возможность реализации управляемого движения ракеты на этапе посадки.
«Уникальный эксперимент мирового уровня стал завершением сложной работы по созданию демонстратора многодвигательной установки, — комментирует руководитель проекта Александр Шестаков. — Была поставлена задача: старт демонстратора и его приземление в определенной точке. То есть отработана система демонстратора ракеты, которая определяет свое положение по навигационной системе, приземляется в заданном месте и готова стартовать вновь. Задача выполнена полностью».
Ученым ЮУрГУ предстоит адаптировать полученные результаты к двигателям большой тяги. На помощь придут фундаментальные исследования и теория масштабирования. А дальше?.. Дальше — возвращаемая ракета, Космос и новые прорывные разработки.