ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТЫ СЕКЦИИ «ПРОБЛЕМЫ РАКЕТНОЙ И КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ»
© В.А.Алтунин, В.В.Балашов, М.Ю.Беляев, Т.Н.Тян
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2015 г.
Рассмотрение идей К.Э. Циолковского в сфере ракетно-космической техники является приоритетным направлением работы секции. Идеи К.Э. Циолковского можно подразделить на две основных категории: первая, относящаяся по сути к так называемым техниче-ским предложениям и представляющая собой совокупность предложе-ний по формированию технического облика ракеты, вторая — идеи, для которых претворение в жизнь — дело далёкого будущего.
Основная заслуга К.Э. Циолковского в том, что он доказал, что достижение космических скоростей возможно с помощью аппарата, оснащённого ракетным двигателем. До этого ракета рассматривалась в основном как элемент фейерверка или как элемент вооружения. Зна-менитая «формула Циолковского» как раз указывает на то, что ско-рость ракеты не имеет принципиальных ограничений, а зависит лишь (в случае идеализированного бессилового поля) от соотношения начальной и конечной масс и от скорости отделения массы.
К числу основных технических предложений К.Э. Циол-ковского, заложивших основы современной ракетной техники, следует отнести принцип ступенчатости, предполагавшийся реализоваться в виде «космических ракетных поездов». Важным фактором осуществ-ления космического полёта учёный считал наличие «земной подгото-вительной ракеты». Скорость предварительного разгона при этом не ограничивалась: рассматривались скорости, приближающиеся к кос-мическим. Использование аэродинамической подъёмной силы также должно было способствовать созданию более выгодных условий выведения. К.Э. Циолковский полагал вертикальный подъём ракеты невыгодным, считая, что для каждого сочетания характеристик ракеты надо находить «наивыгоднейший угол подъёма». В связи с этим у него достаточно подробно рассматривалась идея предварительного разгона по «прямолинейному наклонно восходящему пути». Идея наклонного взлёта впоследствии была реализована при осуществлении старта самолётов, базирующихся на авианосцах.
Основным элементом ракеты К.Э. Циолковский считал генера-тор тяги — жидкостный ракетный двигатель. Он рассматривал различ-ные сочетания горючего и окислителя, прекрасно осознавая, что при-менение наиболее эффективного их сочетания может быть связано с увеличением массы топливных баков. В конце жизни ему показалась привлекательной идея «эскадры ракет», в которой каждая последую-щая ступень начинала свой активный участок с полными топливными баками. Однако, как показали весовые оценки, на современном уровне развития ракетной техники эта идея оказывается не столь эффектив-ной.
Многие идеи К.Э. Циолковского, не сопровождавшиеся подроб-ным численным анализом, существуют лишь в виде отдельных выска-зываний. Такова, в частности, идея компоновки двухступенчатой кос-мической транспортной системы (КТС) с использованием принципа буксировки. В такой КТС орбитальная ступень («звездолёт» по К.Э. Циолковскому) достигает определённых высоты и скорости полё-та, будучи буксируемой «полуреактивным аэропланом значительной величины», сохранив при этом собственной запас топлива. Идея бук-сировки рассматривалась как вариант проведения горизонтальных лётных испытаний космического корабля «Буран».
Альтернативой космическому полёту является «космический лифт», использующий центробежную силу вращения Земли относи-тельно собственной оси. Идея «космического лифта», являющаяся раз-витием идеи «сверхвысоких башен» К.Э. Циолковского, периодически обсуждается на секции, даже с элементами конструктивной проработ-ки, но её всё же следует отнести к чрезвычайно далёкому будущему.
К идее космического полёта К.Э. Циолковского привела мысль о том, что человечество может быть уничтожено в результате столкно-вения Земли с астероидом или другим достаточно крупным небесным телом. Если столкновения не удастся избежать, то единственный путь спасения человеческой цивилизации — это расселение в космическом пространстве. Начальный шаг к этому — создание «эфирных поселе-ний» — долговременных орбитальных станций.
Большое внимание в работе секции уделялось научно-техническим проблемам использования орбитальных станций для вы-полнения экспериментов и исследований. На заседаниях секции было заслушано большое количество работ, выполненных под научным руководством доктора технических наук, профессора М.Ю. Беляева.
С 1976 г. в этом направлении на заседаниях секции были рас-смотрены вопросы проведения космических исследований, управления космическими полётами, математического моделирования, обработки информации, автоматизированного анализа сложных космических систем, создания специальных математических моделей, ставших основой управления орбитальными станциями и проведения на них программ научно-прикладных исследований и др.
Для практической реализации программ научно-прикладных исследований на орбитальных станциях М.Ю. Беляевым, его сотрудниками и учениками была разработана теория управления экспериментами. Созданы и внедрены методы планирования и управления экспериментами, позволяющие оптимизировать программы исследований, разработан общий подход к решению задач оценки состояния научных систем, впервые реализованный в Центре управления космическими полётами. Это позволило создать эффективные технологии реализации научно-исследовательских программ на орбитальных станциях «Салют», «Мир», МКС, космических кораблях «Союз», «Прогресс». Большая работа проделана по практическому внедрению разработанной методологии. Многие из полученных результатов были рассмотрены на секции.
М.Ю. Беляевым было организовано 10 экспериментов на Меж-дународной космической станции, в том числе технических, геофизи-ческого «Ураган» по изучению катастрофических явлений, образова-тельного. Результаты, полученные в экспериментах «Тензор», «Среда-МКС», позволили, например, парировать нештатные ситуации на кос-мическом аппарате (КА) «Ямал-200» и повысить надёжность управле-ния. Новизна полученных результатов защищена патентами. В рамках эксперимента «Изгиб» исследованы микроускорения на МКС и пред-ложена технология использования транспортного грузового космиче-ского корабля (ТГК) «Прогресс» после выполнения ими своих основ-ных функций для проведения экспериментов в области микрогравита-ции. Эти вопросы также неоднократно рассматривались на за-седаниях секции. Полученные при проведении экспериментов на МКС результаты нашли отражение в докладах, представленных на секции.
Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) из космоса осу-ществляется наземно-космическими системами, состоящими из кос-мического сегмента и наземного сегмента. Космический сегмент пред-ставляет собой в общем случае орбитальную группировку КА, осна-щённых в основном оптической или радиолокационной съёмочной аппаратурой. Для эффективного функционирования космического сегмента необходимо решать следующие основные задачи:
– разработка высокоэффективной бортовой аппаратуры дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ);
– разработка универсальных космических платформ под аппа-ратуру ДЗЗ;
– исследование специальных орбит для целей ДЗЗ;
– разработка оптимальных методов управления группировкой КА ДЗЗ.
Наземный сегмент предназначен для управления космическим сегментом, а также для приёма и обработки данных ДЗЗ. Основные задачи, требуемые для работы наземного сегмента:
– разработка универсальных аппаратно-программных средств приёма и предварительной обработки данных ДЗЗ;
– разработка методов и программных комплексов радиометри-ческой и геометрической коррекции данных ДЗЗ;
– разработка автоматизированных систем обработки данных ДЗЗ для производства вторичных продуктов (картографическая про-дукция, трёхмерные модели поверхности Земли, ГИС-проекты и др.);
– разработка высоконадёжных систем архивирования данных ДЗЗ;
– разработка систем глобального распространения данных ДЗЗ в режиме близком к реальному времени.
Все эти вопросы нашли отражение в докладах на секции.
Доктором технических наук, профессором Алтуниным В.А. и его учениками были представлены следующие доклады:
1) О результатах экспериментальных исследований особенно-стей тепловых процессов в жидких углеводородных горючих и охла-дителях с обнаружением новых позитивных и негативных процессов.
2) О результатах экспериментальных исследований особенно-стей тепловых процессов в газообразных углеводородных горючих и охладителях с обнаружением новых позитивных и негативных процес-сов.
3) О результатах фундаментальных экспериментальных иссле-дований влияния магнитных и электростатических полей на тепловые процессы в жидких и газообразных углеводородных горючих и охла-дителях.
4) О новых способах борьбы с осадкообразованием и термоаку-стическими автоколебаниями давления в топливно-охлаждающих ка-налах ЖРД, ВРД и энергоустановках на жидких и газообразных угле-водородных горючих в земных и космических условиях.
5) О разработках перспективных систем топливоподачи и охла-ждения в ЖРД, в ЖРД многоразового использования (ЖРДМИ), в ЖРДМИ малой тяги (ЖРДМИМТ), в ВРД и энергоустановках повы-шенных характеристик по ресурсу, надёжности, безопасности, эффек-тивности — без применения, с применением электростатических по-лей, гибридно.
6) О создании перспективных датчиков и систем контроля и управления аномальными тепловыми процессами в различных двига-телях и энергоустановках наземного, воздушного, аэрокосмического и космического базирования, с выводом данных в бортовой компьютер, а также на информационное табло.
7) О возможности увеличения ресурса, надёжности и эффектив-ности космических ракетных двигателей и КЛА путём повышения их неуязвимости и выживаемости.
8) О новых разработках двигателей, энергоустановок и техносистем для промышленного освоения Луны.
Научные исследования и изобретения Алтунина В.А. будут спо-собствовать (и уже способствуют) созданию новой отечественной авиационной, аэрокосмической и космической техники XXI века с по-вышенными характеристиками по ресурсу, надёжности, эффективно-сти, безопасности, неуязвимости, выживаемости, экономичности и экологичности.