Сотрудники кафедры «Авиа- и ракетостроение» ОмГТУ Валерий Трушляков и Владислав Урбанский разработали новую систему подготовки и подачи газа для многоразовых ракет-носителей. Это улучшит безопасность и надежность повторного запуска двигателя ракеты.
Современная космонавтика переживает революцию, связанную с переходом к многоразовым системам запуска космических аппаратов. Проблема обеспечения надежного повторного запуска двигателей многоразовых ракет-носителей остается одной из ключевых задач.
По словам ученых, существующие решения, основанные на вертикальной посадке и успешно реализованные в проектах SpaceX, китайской Changzheng-9 и европейских инициативах Callisto, Themis и Ariane Next, требуют дополнительных исследований по решению проблемы отхода жидкости от заборного устройства, что создает определенные риски при повторных запусках двигателя.
Исследователи ОмГТУ создали новую систему подготовки газа «СН-СОЗ» («Система наддува и обеспечения запуска»), которая, по их ожиданиям, способна значительно улучшить характеристики многоразовых ракет-носителей. Разработка решает ряд проблем, характерных для традиционных решений. Она позволяет уменьшить массу конструкции, сократить затраты гелия и обеспечить условия для безопасного повторного запуска ракетного двигателя.
Система выполняет две ключевые функции: нагревает гелий для поддержания давления в топливных баках и готовит газ для системы обеспечения повторного запуска двигателя. Одним из главных новшеств является перенос теплообменников в верхнюю часть топливного отсека. Это позволяет проводить их наземные испытания без запуска двигателя, что значительно сокращает расходы на разработку и тестирование. За счет оптимизации процессов подготовки и подачи газа удалось добиться существенного снижения массы ракеты на 250 кг, что дает возможность увеличить массу выводимой полезной нагрузки.
По словам исследователей, это делает «СН-СОЗ» критически важной для многоразовых ракет-носителей и существенно повышает их конкурентоспособность на рынке космических запусков.
Владислав Урбанский, старший преподаватели кафедры «Авиа- и ракетостроение» ОмГТУ:
«Ключевое преимущество разработки в сравнении с существующими аналогами заключается в ее автономности и массовой эффективности. Использование нагретой смеси гелия и продуктов разложения пероксида водорода для наддува баков и работы реактивной системы управления сокращает расход рабочего тела. Таким образом, наша разработка обеспечивает как технические, так и экономические улучшения за счет более рационального использования ресурсов и сниженных затрат на эксплуатацию».
Система «СН-СОЗ» также включает механизмы управления в случае нештатных ситуаций. Например, при аварийном отключении двигателя система автоматически переходит в режим аварийной посадки, используя газовую смесь из топливных баков в качестве рабочего тела реактивной системы управления для увода ступени к заданному району.
Как объяснили исследователи, повышение эффективности за счет снижения массы на 250–300 кг не оправдывает глобальных конструктивных изменений в тяжелых ракетах-носителях, таких как «Ангара» или «Союз». Однако если рассматривать ракету-носитель сверхлегкого класса, даже такой относительно небольшой выигрыш по массе становится критически важным. Для таких ракет каждая лишняя единица массы может существенно влиять на возможность вывода полезной нагрузки на орбиту.
Ракета-носитель сверхлегкого класса в будущем могут занять значительную нишу на рынке услуг по выводу малых космических аппаратов (150–250 кг) на низкую околоземную орбиту (до 200 км). С учетом планов ГК «Роскосмос» по существенному увеличению орбитальной группировки, такие решения становятся всё более востребованными, что подчеркивает необходимость разработки экономичных и высокоэффективных систем для ракет-носителей сверхлёгкого класса, считают авторы исследования.
Полученные результаты проекта могут найти практическое применение в организациях ракетно-космической промышленности, в настоящее время разрабатывающие ракеты-носители сверхлегкого класса.
Исследование выполнено при поддержке Министерство науки и высшего образования Российской Федерации.