StarJet

---Эдуард Дудар---









                                          21          15.03.2011                                 Директору комплекса -- Главному конструктору
                                                                                                          НПО "Молния"
                                                                                                          Студневу В.В.
 

Уважаемый Владислав Васильевич!
 

 

     19 апреля Российская академия естественных наук совместно с ФГУП "Центральный
радиотехнический  институт   им.  Академика    А.И.   Берга"   проводят   конференцию,
посвяшенную 50-летию первого полета человека в космос.
     Приглашаю Вас принять участие в работе конференции.
    Начало работы Конференции в 11.00. Регистрация участников в 10.00.
    Место проведения ЦНИИРТИ, Москва, ул. Новая Басманная 20. При себе необходимо
иметь паспорт для прохода на территорию института.

 

 
 
              С уважением,


              Первый вице-президент-
              Главный ученый секретарь РАЕН  

 





Л.В.Иваницкая
 
 

 

 
 
 
 



Дудар Эдуард Николаевич

     По договорённости с Учёным секретарём Отделения "Научные основы  регулирования естественных монополий", членом Президиума РАЕН, доктором технических наук, академиком Ильдаром Рустамовичем Утямышевым докладчиком на конференции был рекомендован Эдуард Николаевич Дудар, который представляет не только руководство НПО "Молния", возглавляя проектное подразделение, но и "Авиакосмическую секцию" Российской инженерной академии. Это, безусловно, соответствует статусу Высокой конференции.

      До 28 ноября 2001 года "Авиакосмическую секцию" возглавлял наш Генеральный Конструктор, Герой Социалистического труда, доктор технических наук, вице-президент РИА Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский, с  которым постоянно взаимодействовал Э.Н. Дудар,в том числе и за рубежом.              
       

 В.В. Студнев, НПО "Молния" Минавиапрома СССР

 
 
Генеральный директор-Генеральный конструктор НПО "Молния" Г.Е. Лозино-Лозинский (слева) и Руководитель проектного подразделения НПО "Молния" Э.Н. Дудар (в центре) в Мюнхене (Германия)

 

 

Многоразовые аэрокосмические летательные аппараты и системы –
особенности полёта и решаемые задачи

 

Докладчик:

Дудар Эдуард Николаевич
к.т.н.,
член-корреспондент Российской инженерной академии,
секция "Аэрокосмическая",
начальник проектного отделения НПО «Молния



Слайды 1-3
    План доклада
1. Классификация многоразовых аэрокосмических летательных аппаратов и систем, решаемые задачи
2. Особенности полёта крылатых космических аппаратов
3. Авиационно-космические транспортные системы
4. Суборбитальные транспортные системы
5. Ракетно-космические транспортные системы с многоразовыми элементами
   Заключение

 
 
Слайд 4  
В дни, когда отмечается 50-летие первого полёта человека в космос, уместно напомнить, что крылатый многоразовый корабль был темой дипломной работы Юрия Алексеевича Гагарина в Военно-воздушной академии им. проф. Н.Е. Жуковского.

Слайд 5
 
К многоразовым крылатым аэрокосмическим летательным аппаратам можно отнести:
• крылатые космические корабли (орбитальные самолёты) в составе вертикально стартующих ракетно-космических или горизонтально стартующих авиационно-космических транспортных систем;
• суборбитальные космические аппараты (для космического туризма и других задач);
• крылатые ракетные ускорители;
• одноступенчатые носители, в т.ч. с ПВРД/ГПВРД

Слайд 6
 
Здесь перечислены решаемые задачи и основные особенности крылатых космических кораблей - орбитальных самолётов:
пологий аэродинамический спуск,
низкие перегрузки и более высокий комфорт по сравнению с кораблями капсульного типа;
точная посадка самолётного типа как на основной, так и на запасные аэродромы;
минимизация числа витков ожидания на орбите.

Слайд 7
 
Здесь показы основные типы аэродинамической конфигурации многоразового космического корабля. Первые экспериментальные образцы орбитального самолёта аэродинамической схемы «несущий корпус» были построены в США в начале 60-х.
Отечественные разработки крылатых аэрокосмических аппаратов и систем связаны с именем Глеба Евгеньевича Лозино-Лозинского, главного конструктора по проектам «Спираль», «Буран», МАКС и другим.

Слайд 8
 
Большое значение для развития направления «крылатый космос» имели лётные исследования экспериментальных космических аппаратов серии «Бор». По массе они примерно соответствуют беспилотному аппарату Х-37В.

Слайд 9
 
К важнейшим обобщённым параметрам, влияющим на облик орбитального самолёта, относятся параметр планирования sy, характеризующий отношение коэффициента подъёмной силы на полётном угле атаки к удельной нагрузке на крыло в плане, и аэродинамическое качество. Они влияют на уровень температур, боковую дальность, наклон посадочной глиссады, посадочную скорость.

Слайд 10
 
Допустимые температуры зависят от применяемых материалов. В разработке материалов для «Бурана» участвовала большая кооперация: ВИАМ, ВИЛС, НИИ «Графит», НПО «Композит» и другие, – разработавшей новые металлические и композитные материалы, например, ГРАВИМОЛ (Графит + ВИАМ + Молния). Материалы для плиточной и гибкой теплозащиты, новые конструкции и технологические процессы. Конструкция носков крыла с дополнительной внутренней теплоизоляцией позволяет спасти корабль в ситуации, которая произошла с шаттлом «Колумбия».

Слайд 11
 
Одна из важнейших наукоёмких задач при создании орбитального самолёта – система управления, которая обеспечивает полёт по изотемпературным траекториям, соответствующим материалам и конструкции теплозащиты, приведение в район аэродрома, предпосадочное маневрирование и горизонтальную посадку. Принципиальная особенность бездвигательной посадки – использование воздушного тормоза для управления скоростью.

Слайд 12
 
Здесь показаны статистические трубки спуска до высоты 20 км и след реальной траектории спуска поле космического полёта «Бурана».

Слайд 13
 
Адаптивность алгоритма автоматического управления позволила справиться с экстремальной ситуацией. При сильном ветре был реализован отворот на дальний цилиндр выверки курса, что позволило рассеять избыточную энергию и войти в заданную трубку кинематических параметров.

Слайд 14
 
Важную роль в отработке автоматической посадки сыграли пилотажные стенды (включая полноразмерный стенд оборудования), летающие лаборатории и аналог БТС-002.

Слайд 15
 
В САУ был заложен алгоритм спасения корабля и экипажа при нештатной ситуации в любой точке траектории выведения. В этом случае «Буран» экстренно отделяется от ракеты-носителя, выполняет маневр возврата к Байконуру или спускается по неравновесной траектории на один из запасных аэродромов, расположенных вблизи трассы выведения. При аварии в конце выведения предусматривался одновитковый возврат. Даже в ситуации, которая случилась с «Челленджером», у «Бурана» были бы шансы на спасение.

Слайд 16
 
Успешный пуск 15 ноября 1998 года системы «Энергия-Буран», космический полёт и автоматическая посадка крылатого космического корабля в Байконуре подвели итог многолетней напряжённой работы.

Слайд 17
 
Это был выдающийся успех многих коллективов. Точность автоматической посадки была высокой: отклонение от осевой линии составило всего 6,6 м при допуске ±38 м

Слайд 18
 
Независимо от типа старта, наличие многоразовых крылатых элементов влияет на характер движения ракетно-космических и авиационно-космических комплексов на всех участках полёта, включая старт, выведение, возврат спасаемых ускорителей и уже упомянутый возврат с орбиты.

Слайд 19
 
Авиационно-космические системы благодаря подвижности воздушного старта, мобильности базирования и авиационным принципам эксплуатации в ряде задач могут иметь преимущества по сравнению с вертикально стартующими РКС.

Слайд 20
 
С другой стороны, самолёт-носитель, выполняя предстартовый маневр, создаёт благоприятный для запуска второй ступени угол наклона траектории около 40 градусов, обеспечивая при этом оптимальный баланс аэродинамических и гравитационных потерь. Общий вклад самолёта-носителя в энергетику выведения оценивается выигрышем по идеальной скорости примерно в 600…650 м/с, тогда как собственная скорость Ан-225 при пуске 180 м/с.

Слайд 21
 
В проекте МАКС, финансирование которого остановлено, уже реализован ряд прогрессивных решений: это прежде всего самолёт Ан-225; трёхкомпонентный двигатель (его огневые испытания проведены в НПО «Энергомаш»); конструкция орбитального самолёта (он по массе в 4 разе легче «Бурана» и «Шаттла», и такая размерность оптимальна в большинстве задач, включая пилотируемые).

Слайд 22
 
Для воздушного старта наиболее удобно размещение космической ступени на нижней подвеске, тогда пуск проходит без энергетических потерь. Под руководством Лозино-Лозинского был разработан проект двухфюзеляжного носителя схемы триплан грузо-подъёмностью до 400 тонн. Нижняя подвеска сейчас реализована в носителе системы Spaceship Two.

Слайд 23
 
Сейчас в эксплуатации только одна АКС «Пегас», обеспечивающая воздушный старт с внешней подвески ракеты лёгкого класса с массой груза на низкой орбите до 1 тонны. Из отечественных наиболее близок к реализации проект «Воздушный старта»; ракету «Полёт» разрабатывает Центр Макеева

Слайд 24
 
Сравнительный анализ различных типов старта РНЛК, проведенный ранее «Молнией» совместно с Центром Хруничева показал, что, несмотря на снижение аэродинамического качества комплекса, старт с внешней подвески проще по технической реализации и безопаснее в полёте.

Слайд 25
 
Суборбитальные транспортные системы – направление, которое стало стремительно развиваться после 2004 года. ЭМЗ им. Мясищева совместно с «Молнией» в 2008 году разработали технико-экономическое обоснование суборбитальной системы на базе самолёта 3М-Т. В 2009 году мы проработали также предварительный облик одноступенчатого суборбитального самолёта, который может стать альтернативой европейскому СТС Spaceplane фирмы Astrium. Также как двухступенчатые комплексы, СТС должен выполнять маневр типа «горка» перед запуском маршевого двигателя.

Слайд 26
 
Принципиальная особенность одноступенчатого СТС – возможность вернуться на аэродром в нештатной ситуации из любой точки полёта.
Помимо космического туризма суборбитальные системы могут иметь и другие применения, в том числе и оборонного характера. Проект вертикально стартующего СТС разрабатывается в МГТУ им. Н.Э. Баумана под рук. проф. Резника С.В.
Основная проблема СТС – большие перегрузки на неравновесных траекториях крутого входа в плотные слои.

Слайд 27
 
Такая же проблема возникает и при возврате крылатых ускорителей первых ступеней в системах вертикального старта. Слева – вариант ракеты «Ариан-5» с ускорителем «Баргузин», облик которого сформирован в НПО «Молния» совместно с ЦНИИАШ. Наше предложение для космодрома «Восточный» – 2-х ступенчатая система с трёхкомпонентными двигателями от МАКСа. В пилотируемом варианте орбитальный самолёт МАКС массой 18 тонн не имеет маршевых ЖРД – они на ускорителе; в грузовом сбрасывается обтекатель. Полностью многоразовая система – это второй этап.

Слайд 28
 
Оптимальное разделение в многоразовой системе вертикального старта – при Махе 6. Наиболее острая проблема – большие пики скоростного напора, перегрузки и шарнирных моментов на элевонах, как и при экстерном спуске «Бурана». Поэтому траектория выведения должна быть более пологой. Значительный эффект, повышающей весовую эффективность, даёт перелив топлива во вторую ступень и регулируемость сопел.

Слайд 29
 
Если на ускорителе 1-й ступени сложная теплозащита не требуется, то для ускорителя 2-й ступени возникает проблема температур до 1400 град С при повышенной продолжительности полёта в плазме по сравнению со спуском с круговой орбиты. Одна из ключевых проблем – компенсация температурных расширенней криогенных баков.

Слайд 30
 
Наличие многоразовых ускорителей требует по-другому формировать циклограмму работы маршевых двигателей. При разделении тяга второй ступени должна быть пониженной в течение 6 секунд, иначе факел струи попадает на хвостовую часть отделившихся блоков.

Слайд 31
 
Ещё в рамках программы «Буран» в ЦИАМ по заданию «Молнии» были разработаны методы герметизации ТРД за пределами плотной атмосферы и гарантированного запуска в воздухе после пребывания в космическом пространстве. Эти наработки надо использовать и в проекте МРКС, если он перейдёт в стадию ОКР.

Слайд 32
 
Несмотря на катастрофы челноков «Челенджер» и «Колумбия», за рубежом направление «крылатый космос» продолжает развиваться: крылатый космический аппарат Х-37В, АКС «Пегас», разработки АКС оборонного назначения, суборбитальная система Spaceship Two. В Европе успешно проведены испытания демонстратора «Феникс», в Японии – аналогичные испытания аппарата «Хоуп».

Слайд 33
 
Достижения программы «Энергия-Буран» используются теперь в самых различных отраслях, они по-прежнему представляют большой интерес и непосредственно в аэрокосмической области, в первую очередь по отмеченным здесь направлениям. Но для эффективного использования имеющегося опыта необходима концепция развития космической деятельности в части многоразовых аэрокосмических ЛА и систем, увязанная с концепцией развития гиперзвуковых технологий. Проект такой концепции подготовлен в НПО «Молния» в феврале этого года, когда исполнилось 35 лет со дня основания нашего аэрокосмического предприятия, специально созданного для решения задач на стыке авиационной и ракетно-космической техники.
 
 
















Автор доклада
Дудар Эдуард Николаевич

Кандидат технических наук
член-корреспондент Российской инженерной академии
начальник проектного отделения НПО "Молния"           

                         Дудар Эдуард Николаевич

Апрель 2011 года, гор. Москва, Россия

 
 

---Эдуард Дудар---