Разработка омских учёных сделает космические ракеты безопаснее и эффективнее

Современная космонавтика переходит к многоразовым системам запуска аппаратов. Надёжный повторный запуск двигателей многоразовых ракет-носителей остаётся одной из ключевых задач.

По словам омских учёных, 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 для решения проблемы отхода жидкости от заборного устройства, что создает определённые риски при повторных запусках двигателя. Исследователи ОмГТУ создали систему подготовки газа «СН-СОЗ» («Система наддува и обеспечения запуска»), которая, по их заверениям, способна значительно улучшить характеристики многоразовых ракет-носителей. Разработка 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 счёт оптимизации процессов подготовки и подачи газа удалось добиться существенного снижения массы ракеты, что даёт возможность увеличить массу выводимой в космос полезной нагрузки. По словам исследователей, это делает «СН-СОЗ» критически важной для многоразовых ракет-носителей системой и существенно повышает их конкурентоспособность на рынке космических запусков.

«Ключевое преимущество разработки в сравнении с существующими аналогами заключается в её 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 счёт более рационального использования ресурсов и сниженных затрат на эксплуатацию», – отмечает старший преподаватель кафедры «Авиа- и ракетостроение» ОмГТУ Владислав Урбанский.

Система «СН-СОЗ» также включает механизмы управления в случае нештатных ситуаций. Например, при аварийном отключении двигателя ракета 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.

Разработчики понимают, что повышение эффективности за счет снижения массы на 250–300 кг не оправдывает глобальных конструктивных изменений в тяжёлых ракетах-носителях, таких как «Ангара» или «Союз». Но для ракеты-носителя сверхлёгкого 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.

Ракеты-носители сверхлёгкого 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 учётом 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.