В главном космическом вузе страны разработана уникальная технология.
Коллективом кафедры конструкции ракет-носителей и ракетных двигателей факультета конструкции летательных аппаратов Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского изобретена и запатентована перспективная схема верхней ступени ракеты-носителя, позволяющая спасти и повторно использовать наиболее дорогостоящие элементы конструкции. Новый концепт позволяет вернуть на Землю ракетный двигатель, аппаратуру системы управления космической ракеты и тем самым существенно снизить стоимость выведения космических аппаратов на околоземную орбиту.
– Наша идея заключается в том, чтобы, не отрицая наработки предыдущих десятилетий, вписать многоразовые средства спасения дорогостоящих элементов в классическую компоновку ракеты-носителя. Благодаря такому подходу мы можем быстро и достоверно оценить затраты, сопутствующие воплощению нашей идеи, – говорит заместитель начальника кафедры конструкции ракет-носителей и ракетных двигателей полковник Алексей Султанов.
В качестве объекта спасения была выбрана верхняя ступень ракеты-носителя. Самолёт-капсула, в который вмонтированы двигательная установка и система управления, имеет сравнительно малые габариты, к тому же послеполётное обслуживание не требует уникальной дорогостоящей техники. Это важно при оценке сопутствующих экономических, технических и других издержек.
Уникальность компоновки капсулы заключается в том, что все крылья и аэродинамические поверхности изначально сложены, и фактически изделие представляет подобие спускаемой капсулы космического корабля классической формы с затупленным носом. В таких образцах на основании богатого опыта уже отработана такая сложная задача, как вход в атмосферу, и проблема первого торможения также решена. После существенного снижения скорости и перехода к привычным в авиации скоростям происходит поэтапное развёртывание аэродинамических поверхностей: сначала выдвигается основное оперение, и самолёт начинает лететь как сверхзвуковой, продолжая снижать скорость и тормозиться в плотных слоях атмосферы. При переходе на дозвуковую скорость, приближаясь к району космодрома, самолёт-капсула заходит на посадку, выдвигая переднее горизонтальное оперение.
Специфическая аэродинамическая форма капсулы-самолёта изначально вызывала большие сомнения у специалистов в том, как такая плохо обтекаемая конструкция может быть по самолётному типу безопасно возвращена на землю. Но аэродинамические расчёты и продувки в аэродинамических трубах – уникальных объектах учебно-материальной и экспериментальной базы Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского показали, что капсула способна с приемлемой посадочной скоростью приземлиться на обычную посадочную полосу аэродрома.
«Мы стремимся использовать штатное оборудование космодрома и возможности боевого расчёта, не привлекая значительных дополнительных ресурсов», – подчёркивает полковник Султанов. Примечательно то, что особенности конструкции и аэродинамической схемы, которые предложили курсанты военного вуза в рамках работы в военно-научном обществе, позволили апробировать комбинированную схему с передним горизонтальным оперением. Такой подход никто до можайцев ранее не применял. Космические челноки, Shuttle или «Буран», имели более классическую и обтекаемую аэродинамическую форму, и там не возникало проблем при посадке. В предложенной специалистами академии схеме удачно разрешаются противоречия между компактностью и потребностью снизить посадочную скорость.
Полковник Султанов обращает внимание и на гибкость построения ракеты-носителя, которая становится модульным изделием в широком смысле этого слова: «Впервые модульность у нас в стране применена на ракете «Ангара» в отношении компоновки нижних ступеней, а мы предлагаем использовать модуль в задаче многоразовости. И это впервые предложено нами».
Гибкость технологии заключается и в том, что в случае необходимости вывести за один раз максимально тяжёлый космический аппарат можно отказаться от многоразовых средств и использовать ступень классической компоновки без капсулы. А когда стоит задача вывести аппараты меньшей массы, то такой пуск имеет смысл реализовать с использованием многоразовых средств и сэкономить ценные ресурсы.
Спасение таких сложных элементов, как ракетный двигатель и система управления, весьма значимо, так как вызывает неподдельный интерес получения послеполётной информации о повреждаемости, износе нагруженных элементов с последующей оценкой безопасности пуска ракет и выявлением наиболее слабых и критических мест. Это полезно и для дальнейшего изучения направления модернизации ракетных двигателей и ускоренного совершенствования техники.
Перед специалистами космической отрасли стоит сложная задача – снизить экономические затраты на выведение космических аппаратов. Это как стратегический, так и комплексный подход, над которым работают многие учёные
«Проблематика одноразовых ракет заключается в том, что ракетный двигатель впервые полноценно функционирует только в полёте. Информации, которую мы получаем по телеметрическим каналам, не хватает, для того чтобы мы могли получить обратную связь по влиянию тех или иных доработок, надёжности элементов конструкции, для понимания, как быстро происходит износ насосов, самой камеры, газогенератора», – рассказывает собеседник.
Возвращение двигателей – важная задача, учитывая, что они функционируют лишь несколько сотен секунд, – это очень мало с точки зрения того, сколько сил и средств было заложено на его создание. Многоразовость позволит наиболее полно использовать заложенный в двигателях ресурс, как в дорогостоящем изделии. Более того, появится возможность по-новому взглянуть на такие вопросы, как ресурсоёмкость космических технологий. Если говорить о спасении системы управления, то в настоящее время особой ценностью обладают её сложная элементная база и электронная начинка аппаратуры.
По словам начальника кафедры конструкции ракет-носителей и ракетных двигателей полковника Сергея Пирогова, в данный момент научный коллектив академии работает на этапе оценки тактико-технических характеристик и разработки технических предложений. В 2024 году ожидается большое количество выпускных работ, посвящённых проработке отдельных узлов, агрегатов и технических решений, что позволит уточнить и облик, и возможности разрабатываемой транспортной системы, а также затраты на её послеполётное обслуживание.
Начальник факультета конструкции летательных аппаратов полковник Михаил Степыко отмечает, что перед специалистами космической отрасли стоит сложная задача – снизить экономические затраты на выведение космических аппаратов. Это как стратегический, так и комплексный подход, над которым работают многие учёные России и мира.
Начальник Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского генерал-майор Анатолий Нестечук подчёркивает важность прогрессивных подходов в отношении проектирования и эксплуатации космической техники: «В академии рассматривают тренд современной науки и техники – использование максимально адресного подхода с учётом таргетирования. Данный проект – качественное и рациональное решение вопроса сокращения расходов на космические пуски».
Космические инженеры серьёзно настроены на реализацию проекта. Для этого есть все необходимые ресурсы, главный из которых – человеческий фактор: стремление к новому научному прорыву в области космических технологий.
Санкт-Петербург