В ближайшие дни на Урале стартует двигатель многоразовой ракеты

Сегодня в гости к журналистам холдинга «Гранада Пресс» пришел доктор технических наук, профессор, член-корреспондент Российской Академии ракетных и артиллерийских наук, проректор по научно-образовательным центрам и комплексным научно-техническим программам, директор Политехнического института ЮУрГУ Сергей Ваулин.


Модератор встречи Сергей Филичкин (на снимке слева) обратился к Сергею Дмитриевичу:

– Через несколько дней, в ближайшую пятницу, на полигоне Нижняя Салда (Свердловская область) должен быть проведен пробный запуск возвращаемой ракетной ступени. Проект очень интересный, сложный, явившийся синтезом сотрудничества многих уральских ученых. Читатели хотят знать подробности. Что это за старт?

– Одна из тенденций развития космонавтики в мире – это коммерциализация. Кроме научных исследований необходимо коммерциализировать полеты в космос, чтобы они давали какую-то отдачу для общества. Следовательно – себестоимость пусков должна снижаться. Каким образом? Сегодня человечество пришло к тому, что аппараты должны будут возвращаться из космоса после того, как доставили туда груз. Задача непростая. К ней подходили с разных позиций многократно в течение десятилетий. Но сейчас мы выходим в определенном смысле на финишную прямую. Раньше не было таких материалов, разных научных и технологических возможностей.

Вы помните, был «Буран» в СССР, целая программа «шаттлов» у американцев. Но там возвращалась некая часть, а не целый летательный аппарат, который выводился на орбиту. Эта история зашла, в определенной мере, в тупик. Сегодня появилась возможность возвращать целые ступени ракет. Так и происходит у Илона Маска. Его команда возвращает первую ступень. Но тоже только часть. Но по идее, нужно запустить аппарат на орбиту, затем вернуться на Землю и снова взлететь. И делать это многократно. Но как это сделать?

– На наш взгляд, это вариант, когда полностью взлетающая ракета не разделяется и возвращается. Такой вариант прорабатывается в Государственном ракетном центре (ГРЦ) имени Макеева. Это одноступенчатая ракета, довольно большая: высота ее около 30 метров, это конус, в нижней его части диаметр 10 метров. Довольно большой объект. Все замечательно, кроме одного – на каком двигателе выводить этот объект? Это очень важно, потому что ракетные двигатели имеют вполне конкретную высотность. Чем выше включается двигатель, тем меньше давление окружающей среды, тем больший размер должно иметь сопло.

– Получается, что на каждой ступени нужен двигатель определенной высотности. Но у нас одна ступень, значит двигатель должен работать на всех высотах одинаково хорошо. Наиболее подходящим для нас является сопло с центральным телом, без внешней оболочки. Это непривычно, когда сопла снаружи нет. Но такая конструкция позволяет давлению окружающей среды соответствовать давлению на выходе газовой струи.

Такие двигатели небольших размеров разрабатываются. Я был участником таких разработок в свое время. Но как только мы переходим на большие размеры – это масса порядка 300 тонн (проект «Корона» ГРЦ имени Макеева). Значит – тяга, которая должна выводить такую массу вверх, должна быть в полтора-два раза больше. Но таких мощных двигателей, к сожалению, нет до сих пор. Какой выход для решения этой задачи? Не мы одни задумывались над этим. Делались расчетно-теоретические версии. Постепенно пришли к идее, что это должна быть многокамерная конструкция, когда вокруг некоего кольца, где находится центральное тело определенной формы, расположены двигатели. Струи этих двигателей, расширяясь вдоль центрального тела, обеспечивают и тягу, и подстройку под давление окружающей среды. За рубежом ставились опыты в этом ключе, но оказались неудачными.
Мы взялись за эту работу потому, что это амбициозный проект, но достаточно рискованный и затратный.

Когда мы прорабатывали с нашими коллегами вопрос на стратегической сессии Уральского межрегионального научно-образовательного центра (НОЦ) мирового уровня, наша команда (ГРЦ имени Макеева, ЮУрГУ, НИИМАШ в Нижней Салде) пришла к выводу, что надо делать демонстраторы проекта «Корона». Нужно, последовательно шагая, нарабатывать технологические и конструкторские решения, чтобы осуществить этот проект.

– Поэтому пуск 1 октября в Нижней Салде – это демонстрационный пуск, который должен продемонстрировать созданную конструкцию, уже испытанную. И пробные пуски уже были. Чтобы предъявить ее обществу, нужно было пройти определенный путь. Для этого нужно было отработать двигатели небольшой тяги. Не все шло гладко. Три двигателя сгорели, прежде чем мы добились верного конструктивного решения. И вот сборка из 16 двигателей по кольцу с центральным телом внутри была несколько раз опробована на полигоне. Но этого мало. Ведь нужно подавать топливо. А для такой большой ракеты нужна высокоэффективная топливная пара. Для химических двигателей – это кислород (-183 градуса) и водород (-252 градуса) в жидком состоянии. А это криогенные температуры!

Какие должны быть топливные баки? Плотность жидкого водорода довольно низкая – баки огромные. И как это хранить в многоразовом корабле? Ракета должна продиагностировать себя (искусственный интеллект) и сказать: «Я готова». Должна быть система измерений, сенсорика. И здесь важную роль играют композитные материалы. Конструкция ракеты должна быть, скорее всего, многослойная. Сейчас в ЮУрГУ ведутся исследования во главе с профессором Сапожниковым, ученым с международным именем в этой области. И обнадеживающие результаты уже получили.

Мы испытываем двигатели ступени в промежуточном состоянии – с жидким азотом (температура -196 градусов). Это безопаснее. Дальше эксперименты будут с кислородом-водородом. При успехе можно будет масштабировать этот двигатель.

С территории России мы можем выводить в космос полезную нагрузку порядка 8 тонн, с морского старта на экваторе – 12 тонн. Но с точки зрения коммерциализации что выгоднее, ракета-носитель или услуги? Услуги гораздо выгоднее.


Изначально мы говорили – это одноступенчатая, многоразовая ракета-носитель должна стать универсальной космической платформой. Повторяю, проект этот очень сложный. Но этого мало, если нет того, кто его профинансирует. Огромное спасибо нашему губернатору Алексею Леонидовичу Текслеру. Если бы не он, я не думаю, что это дело так быстро бы пошло. Конечно, эта идея пробила бы дорогу, но ушло бы много времени. А он эту идею оценил, прямо скажем, рискнул определенным образом. По его указанию был объявлен конкурс на выполнение такого проекта. Было выделено 70 миллионов рублей от правительства Челябинской области, и 5 миллионов вложил ЮУрГУ. На межрегиональный центр мирового уровня тоже были выделены средства в объеме 3 миллионов.

Что произойдет 1 октября? Не дай Бог, чтобы пошло что-то не так, мы долго готовились. Поэтому будут приглашены СМИ. Всех пригласить в Нижнюю Салду мы не можем – это все-таки предприятие оборонной тематики. Это будет пуск двигателей, причем, несколько раз. Мы этот объект называем «люстрой». Она красиво выглядит. Блестящий диск из обработанной нержавеющей стали, на котором расположены двигатели. Покажем фрагмент топливного бака, выполненного из многослойного материала. Опустим его на ваших глазах в жидкий азот. На экране монитора пойдет кривая, показывающая охлаждение. Нам важно, чтобы эта конструкция держала температуру в -196 градусов, и мы продемонстрируем систему управления и контроля, которая должна в определенной мере подсказать нам в дальнейшем, что делать, чтобы посадка была точной.

  Фото Дмитрия Куткина

Читайте "Вечёрку" на Яндекс.Дзен и подписывайтесь на наш телеграм-канал!