Евгений Аникиенко. В космос много раз. На Урале готовят к испытанию двигатель ракеты будущего

Это и стало главной темой «Большой редакции», спикером которой выступил доктор технических наук, профессор, проректор ЮУрГУ, директор политехнического института Сергей Ваулин.

Российский «шаттл»

Ученый поделился первыми результатами амбициозного проекта Уральского межрегионального НОЦ «Передовые производственные технологии и материалы» (в нем участвуют Челябинская, Свердловская и Курганская области) по созданию демонстратора двигателя для многоразовой ракеты. Его испытания пройдут 1 октября в Нижней Салде на площадке АО «Научно-исследовательский институт машиностроения». Будут произведены демонстрационные пуски двигательной установки с центральным телом, состоящей из 16 ракетных двигателей на жидком топливе, которые объединены в единую систему.

В космос много раз. На Урале готовят к испытанию двигатель ракеты будущего

Фото Дмитрия Куткина («Вечерний Челябинск»)

— Запуск нашего проекта во многом стал возможен благодаря поддержке губернатора Алексея Текслера, — отметил Сергей Ваулин. — По его поручению правительство области выделило на это 70 млн рублей, еще 5 млн направил вуз и 3 млн — федеральный центр. Этот проект может сделать переворот в ракетостроении, освоении космоса. Дело в том, что из традиционных многоступенчатых ракет на землю спускается мизерная часть, остальное сгорает при выводе на орбиту. Уходят огромные средства, и каждый раз ракету приходится строить заново. Мы же задумали создать многоразовый аппарат всего из одной ступени и уже выходим на финишную прямую.

Это демонстратор принципиально новой двигательной установки с центральным телом, системы управления и контроля с искусственным интеллектом ракетно-космического комплекса, с полностью многоразовой ракетой-носителем и универсальной космической платформой.

Фото: Людмила Ковалева

По словам ученого, многоразовую ракету-носитель не раз пытались создать и в нашей стране, и за рубежом. Примерами тому американский шаттл и советский «Буран», которые, хоть и не полностью, но возвращались на Землю. При этом они, подобно самолетам, планировали в атмосфере и садились с весьма приблизительной точностью, «теряя» до 80 % первоначальной массы. Эти проекты были очень дорогостоящими и малоэффективными и тогда зашли в тупик. Но сейчас технологии ушли далеко вперед, появилась возможность построить многоразовый космический корабль будущего. Эту идею продвигали в ГРЦ им. В.П. Макеева, запустив в свое время проект «Корона», но он был заморожен, а теперь ее возродили в рамках межрегионального НОЦ мирового уровня.

Как тебе такое, Илон Маск?

— Для создания такой ракеты нужен особенный реактивный двигатель, — пояснил Сергей Ваулин. — Чем меньше давление окружающей среды, тем больше должно быть его сопло для выхода нагретых газов. Изменяющаяся геометрия, лепестковая конструкция проблему не решат, нужен был совершенно новый подход. И мы сконструировали необычный двигатель — с внутренним центральным телом и соплом внешнего расширения. Для него не страшны перепады давления. Правда, трехсоттонную «Корону» он не потянет, но для ракет небольших размеров его тяги вполне хватит. Он как бы подстраивается под давление внешней среды. Наш «челнок» во многом даже превосходит многоразовый Starship Илона Маска, который возвращается на Землю лишь частично.

Фото: Людмила Ковалева

За рубежом не раз пытались создать такой двигатель нового поколения, в США разрабатывали 16-камерный ракетный «мотор», работающий на кислороде и спирте, но пока неудачно. А уральцы в рамках проекта УМНОЦ, в коллаборацию которого вошли ГРЦ им. В.П. Макеева, ЮУрГУ и Научно-исследовательский институт машиностроения, сумели сконструировать экспериментальную модель демонстратора, построить ее и довести до испытательной стадии.

— Пробные пуски прошли успешно, и наш двигатель, построенный под патронажем ГРЦ в НИИ машиностроения (на его площадке в свое время испытывали тяговые установки «Бурана»), показал себя с самой лучшей стороны, — продолжает ученый. — Правда, в ходе создания «внешнего» двигателя в вузовской лаборатории поначалу не все шло гладко, три образца сгорели. В итоге мы пришли к идее сборки из 16 двигателей, установленных «по кольцу» вокруг центрального тела. Теперь, после доработки, эта система обрела надежность, и мы покажем пуск демонстратора широкой общественности.

Топливная пара. Фото: Людмила Ковалева

Как отметил Сергей Ваулин, при этом пришлось еще и решить проблему создания сверхпрочных топливных баков. В качестве «горючего» будет служить топливная пара — кислород и водород, соединение которых, если не обеспечить надежную защиту, может привести к взрыву и аварии. Они будут в жидком состоянии, при криогенных температурах -183 и -253 соответственно. Правда, для демонстратора пока предусмотрели промежуточный вариант: «топливом» будет служить безопасный жидкий азот, охлажденный до -196 градусов. А проблему надежности стенок топливных баков решили, придумав многослойный «композит», выдерживающий колоссальное давление и температуру. Гостям «космического тура» продемонстрируют фрагменты топливного бака из композитных материалов. Это многослойная конструкция, состоящая из 5-6 слоев, которые обеспечивают теплозащиту.

— Кроме того, пройдут испытания системы управления, — отметил ученый. — Модель ракеты будет подниматься над поверхностью Земли и опускаться по установленным координатам. Создаваемый нашими учеными демонстратор системы управления даст возможность проверить будущую посадку «челнока» на установленную площадку. Искусственный интеллект вернет его на Землю с ювелирной точностью. А в перспективе многоразовая ракета-носитель, уже в увеличенном размере, сможет поднимать «с Земли» груз массой 8 тонн, а «с морского старта» — 12 тонн.

Фото: Людмила Ковалева

Как отметил Сергей Ваулин, сегодня Россия из-за санкций Запада может потерять большую долю «орбитального» рынка, а уральский проект с подстраиваемой под требования заказчика космической платформой позволит восполнить эту нишу. Этот челнок сможет, намного удешевляя такие «перевозки», доставлять грузы на 500 км от поверхности Земли!

По планам его создателей, одноступенчатая ракета-носитель будет полностью возвращаемой, способной совершать многоразовые полеты. Причем стоимость выведения на орбиту в четыре раза ниже, чем у западных конкурентов. Уменьшен и срок подготовки запуска челнока: 24 часа против 4-6 месяцев.

Как добавил Сергей Ваулин, такой аппарат при посадке способен выдержать ударную волну и «звездную» температуру до 12 тысяч градусов. Испытывающие меньшую нагрузку узлы возвращаемой ракеты можно будет использовать до 100 раз, при средней нагрузке — до 50, а при максимальной — до 25 раз. Но уже появляются новые материалы, способные намного продлить ее жизнь.

Ионная тяга. Фото: Людмила Ковалева

— В нашей команде около 100 разработчиков самого разного профиля, — делится ученый. — Они создавали двигатель космического аппарата, топливные баки, систему управления с искусственным интеллектом. В этом нам помогали научные эксперты из «Сколково». Добавлю, что наш проект может дать толчок созданию новых материалов с заранее заданными свойствами, «умных» систем управления, навигации и лазерного прицеливания. Эти ноу-хау могут найти применение в самых разных сферах. Причем они послужат и развитию экологически чистой и сверхмощной водородной энергетики, мы узнаем, как этот самый распространенный в природе газ взаимодействует с металлом.

К разработке прорывного проекта привлекли студентов и аспирантов из молодежного конструкторского бюро. Они начали с создания модели космического аппарата для посадки на астероид, чтобы защитить Землю от метеоритной угрозы (что она вполне реальна, показало «пришествие» в 2013 году «челябинского» болида), а потом в рамках проектного обучения подключились и к проектированию многоразовой ракеты.

Фото: Людмила Ковалева

— России нужны свои научные кадры — молодые, амбициозные, и мы делаем все, чтобы выпускники вуза не уезжали за границу, оставались на родине, — подытожил Сергей Ваулин. — К примеру, из-за санкций нашим ученым приходится самим разрабатывать новые материалы, ни в чем не уступающие западным аналогам.

Наша молодежь, подчеркнул профессор, творческая, ищущая, буквально впитывает знания, и ей будут по силам еще более масштабные проекты. Созданный хоть и принципиально новый, но все же жидкостный двигатель работает по привычному реактивному принципу. Но уже на подходе и так называемые электрические космические моторы, в том числе на ионной тяге. Они в разы мощнее реактивных, способны развивать скорость десятки километров в секунду. И все же у них есть и свой минус: для разгона ионов нужна огромная энергия. Решение этой проблемы будет по силам растущим талантам.