РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛЬНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ЧАСТИЧНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОЗВРАЩАЕМЫХ МЕЖПЛАНЕТНЫХ МОДУЛЕЙ

© В.В.Леонов, М.А.Айрапетян, М.А.Эфендиев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2018 г.

В настоящее время одним из приоритетов космической программы России названо возобновление исследований Луны в период 2020-2025 годов при помощи автоматических космических аппаратов (КА). Планируемые миссии предполагают, в том числе, отработку технологии возвращения модулей таких КА с перспективой осуществления в будущем пилотируемых полётов. Опыт американских и советских лунных проектов 60-70-х годов, несомненно, является ценной основой для проектирования межпланетных КА, но при этом необходимо учесть, что у России, как и у СССР, в отличие от США полностью отсутствует опыт возвращения и посадки экипажа межпланетной миссии на Землю. Последнее замечание в свете перспектив развития национальной лунной программы выводит научные и инженерные задачи, связанные с проектированием возвращаемых межпланетных модулей или спускаемых аппаратов, на первый план и делает их весьма актуальными.

Анализ проектов, в рамках которых применялись возвращаемые модули как межпланетных, так и околоземных спускаемых аппаратов (СА), показывает, что для создания наиболее рациональной конструкции аппарата необходимо решить сложную многодисциплинарную и многопараметрическую задачу по выбору конструктивных параметров, которые обеспечивали бы выполнение поставленного технического задания. При этом такой выбор необходимо делать в условиях сильного взаимного влияния большого числа параметров друг на друга.

Современный уровень развития компьютерной техники позволяет посредством разработки и применения специального программного обеспечения достичь частичной автоматизации процесса наработки, анализа и сопоставления большого количества данных и альтернативных вариантов, что, в свою очередь, ещё на ранних стадиях проектирования позволит с достаточно большой детализацией, точностью и достоверностью определить наиболее рациональные параметры как СА в целом, так и отдельных его систем.

Представлены промежуточные результаты первого этапа проекта, направленного на создание инструмента, реализованного в виде специального программного обеспечения, которое позволяет частично автоматизировать обработку большого объёма данных по альтернативным вариантам конструкции спускаемых аппаратов.

Программный комплекс, на настоящий момент, включает в себя следующие модули:

1) геометрического и массового анализа, который позволяет по исходным геометрическим параметрам проанализировать различные варианты конфигураций СА, а также составить предварительную массовую сводку аппарата;

2) аэродинамического анализа, который позволяет определить аэродинамические характеристики полученной конфигурации, оценить возможности по маневрированию;

3) баллистического анализа, который позволяет рассчитать траекторию движения КА как в атмосфере до спуска на поверхность Земли, так и подлётную траекторию от Луны, в том числе с реализацией алгоритма торможения за счёт многократного входа в верхние слои атмосферы;

4) теплового анализа, который позволяет оценить термодинамические параметры на поверхности аппарата при его движении в атмосфере, а также, в первом приближении, моделировать процессы разрушения абляционного теплозащитного покрытия.

В качестве примера применения программного комплекса приведены результаты исследования влияния формы спускаемого аппарата и реализуемых им траекторий возвращения с орбиты Луны на возникающие на его поверхности тепловые нагрузки и, как следствие, на величину уноса теплозащитного покрытия.