В России, а также в некоторых странах бывшего СССР сегодня отмечается День космонавтики. О самых свежих разработках ученых в области освоения космоса рассказали в Омском государственном техническом университете.
В прошлом году университет стал победителем самой масштабной программы по поддержке вузов в истории России «Приоритет 2030». Профессор кафедры «Авиа- и ракетостроение» ОмГТУ Валерий Трушляков является руководителем одного из стратегических проектов в рамках ее реализации – «Космическая экология».
Научный коллектив под руководством профессора уже более десяти лет ведет разработки в области повышения экономической эффективности и снижения техногенного воздействия ракетно-космической деятельности на окружающую среду.
«В настоящее время лабораторией “Космическая экология“ выполняются исследования по ряду проектов, входящих в “Приоритет 2030“, – рассказал Валерий Трушляков. – В их числе – создание ракетно-космического комплекса для проведения демонстрационного эксперимента по уводу крупногабаритного объекта космического мусора с низких околоземных орбит совместно с КБ “Салют“ им. В.М. Мясищева АО “ГКНПЦ им. М.В. Хруничева“, АО “ЦНИИмаш“».
Не менее интересны также проекты сжигаемых отделяющихся элементов конструкции ракет-носителей, технологии газификации жидких остатков ракетного топлива с целью повышения их пожаровзрывобезопасности, осушки топливных баков.
Совместно с НОРЦ «Политест» омские политехники работают над созданием тары из полимерного композиционного материала для нефтепродуктов с возможностью последующей утилизации в районах Крайнего Севера.
В достижении больших научных результатов ученым вуза поможет расширение лабораторной базы и реконструкция корпуса под инжиниринговый центр «Машиностроительные технологии». Эти шаги планируются ОмГТУ уже сейчас.
Микродвигатели для наноспутников
Ранее два интересных проекта ученых поддержали на заседании Научно-технического совета Госкорпорации «Роскосмос». Исследователи из ОмГТУ выступили на нем с предложением провести теоретико-экспериментальные исследования с привлечением научных организаций и промышленных предприятий отрасли.
Корректирующие двигательные установки для формирования орбитальных группировок малых космических аппаратов класса наноспутник для отечественного и зарубежного рынков – это проект профессора кафедры «Авиа и ракетостроение» Виктора Блинова. Он является руководителем научно-исследовательской лаборатории «Двигательные установки микротяги малых космических аппаратов» ОмГТУ. Здесь разрабатывают методы проектирования многоцелевых корректирующих двигательных установок малых космических аппаратов, электротермических микродвигателей различной конструкции, многоцелевых спутниковых платформ с корректирующими двигательными установками для создания новых маневрирующих малых космических аппаратов и так далее.
Корректирующие двигательные установки необходимы для космических аппаратов, решающих множество важных задач: непрерывный контроль природных и антропогенных ЧС, экологический мониторинг, исследование ионосферы и других. Двигательные установки позволяют решать различные задачи орбитального маневрирования, поддерживают срок их активного существования.
«Проект способствует усилению позиций Российской Федерации в области создания и применения орбитальных группировок, в том числе в области создаваемых роев малых космических аппаратов, что создает конкурентоспособный научно-технический задел, имеет высокий потенциал коммерциализации, — рассказал Виктор Блинов. — Применение двигательных установок позволит эффективно решать задачи орбитального маневрирования. Это актуальное направление развития, как на отечественном, так и на зарубежном рынке».
В рамках научного проекта политехники планируют создать новые образцы электротермических корректирующих двигательных установок для наноспутников массой четыре килограмма и более. Особенностями двигательных установок являются малые габариты и масса и низкое энергопотребление. Ученые планируют разработать и изготовить новые образцы элементов топливной автоматики корректирующей двигательной установки на базе АО НТК «Криогенная техника», также в планах и изготовление новых образцов микродвигателей.
Решение проблемы космического мусора
Другое исследование ученых ОмГТУ в области космонавтики – «Разработка бортовой системы для многоразовых ракет-носителей с жидкостными ракетными двигателями для снижения техногенного воздействия на окружающую среду, в том числе очистка околоземного космического пространства от космического мусора». Это проект исследовательского коллектива профессора Валерия Трушлякова, признанного в России специалиста в области снижения техногенного воздействия ракетно-космической деятельности на окружающую среду.
В настоящее время, по словам ученого, сформировалась проблема мирового масштаба из-за образования космического мусора. Огромные территории выделяются для районов падения отделяющихся частей. Это приводит к экономическим, экологическим и социальным проблемам во всем мире.
Отделяющиеся части ракет-носителей представляют собой отработавшие ускорители, головные обтекатели, переходные и хвостовые отсеки. Все эти составляющие после выполнения своих функций отделяются от ракеты-носителя, падают на поверхность Земли.
Как правило, современные конструкции таких отделяющихся частей изготавливаются из полимерных композиционных материалов. Проблема утилизации таких объектов усложняется тем, что для них предъявляются высокие требования к термопрочности и устойчивости к внешним воздействиям окружающей среды.
Научная группа под руководством профессора Валерия Трушлякова предложила новый принцип решения этой проблемы за счет сжигания конструкций ракеты-носителя после выполнения миссии. Это достигается путем создания нового материала, который бы выдержал все нагрузки на участке выведения, а после отделения сгорал в атмосфере, в то время как существующий материал не позволяет этого сделать.
Разработкой сгораемой обшивки занимается младший научный сотрудник инновационного научно-образовательного центра «Космическая Экология» Денис Давыдович, сгораемый заряд-заполнитель исследует младший научный сотрудник того же центра Юлия Иордан. Впоследствии, объединив эти элементы, получается сжигаемый головной обтекатель.
Ученые повышают эффективность использования ракет-носителей
Начиная еще с 2008 года и.о. завкафедрой «Машиноведение», старший научный сотрудник кафедры «Авиа- и ракетостроение» Иван Лесняк под руководством профессора Валерия Трушлякова ведет научные исследования в ракетно-космической отрасли. Ученые занимаются решением проблем обеспечения экологической безопасности при реализации ракетно-космической деятельности и добились высоких результатов.
И в России, и за рубежом в подавляющем большинстве используют жидкостные ракетные двигатели. И неиспользуемые остатки жидкого топлива после завершения миссии остаются в баках ракет-носителей. Эти остатки могут составлять до 3% и выше от начальной заправки топливом, что приводит к взрывам на орбитах отработавших ступеней и разгонных блоков. Кроме того, их наличие в баках может привести к взрывам ступени при её столкновении с другим космическим объектом, а также ведет к увеличению площадей районов падения фрагментов отработавших ступеней ракет-носителей, возникновению пожаров на этих территориях.
«Наиболее эффективным методом извлечения невырабатываемых жидких остатков ракетного топлива (излишки керосина, жидкого кислорода) из баков и магистралей ракет-носителей является их испарение в баках отработавших ступеней ракет-носителей. Это может быть достигнуто путем конвективного воздействия горячих газов, акусто-вакуумного, лазерного воздействия», — рассказал Иван Лесняк.
Другим актуальным направлением исследований авторов в области авиа- и ракетостроения является очистка и осушка топливных баков ракет-носителей при их производстве в условиях завода-изготовителя. В процессе изготовления баков на внутренних их поверхностях образуются технологические загрязнения: металлическая стружка, жировые и масляные пятна, грязь и др. Для удаления этих загрязнений заводы после проведения технологических операций используют различные способы очистки и сушки. Чаще всего производится ручная протирка специальными салфетками, смоченными в химической жидкости (спиртовые смеси, растворители), периодически проверяется под ультрафиолетом наличие загрязняющих частиц. Осушают топливные баки, продувая воздухом и обкладывая их матами для нагрева стенок бака. Это очень трудоемкий процесс, занимающий большое количество времени.
Ученые ОмГТУ предлагают использовать методы на основе акустического воздействия при пониженном давлении, лазерного, конвективного видов воздействия и других. Это не только снизит трудозатраты, но и даст недостижимые другими способами результаты очистки при одинаковом времени на процесс.
Исследования идут в экспериментальных установках, конструкция которых подобна конструкции реального бака ракеты-носителя. Новая технология, по заверению ученых, позволит минимизировать или полностью исключить ручной труд и возможность ошибок.
Результаты данных исследований высоко оценены научным сообществом, они прошли широкую апробацию и опубликованы в высокорейтинговых журналах. Исследователи также предложили рекомендации по созданию систем очистки и осушки топливных баков ракет-носителей при их производстве в условиях завода-изготовителя.
Проблемой экологии космоса занимается и аспирант ОмГТУ Владислав Урбанский. Под руководством профессора Валерия Трушлякова на протяжении нескольких лет молодой ученый работает над уникальным проектом – «Извлечение энергетических ресурсов из неиспользуемых остатков топлива в баках ступени ракеты-носителя после выключения маршевого жидкостного ракетного двигателя в условиях невесомости». Результаты исследования были представлены Госкорпорации «Роскосмос» на научно-техническом совете. Исследование аспиранта ведется на базе инновационного научно-образовательного центра «Космическая экология» ОмГТУ по техническому заданию Госкорпорации «Роскосмос». К проекту также привлекаются студенты вуза, которые выполняют дипломные работы, проходят научную практику, а более заинтересованные продолжают работать в лаборатории по данному научному направлению.
