Ученые ОмГТУ решают проблему повышения эффективности использования ракет-носителей

2021 год Указом Президента Российской Федерации объявлен Годом науки и технологий. Сегодня научные разработки ученых помогают достигать высоких результатов в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, социальной сфере, а также способствуют поддержанию обороноспособности России на должном уровне.

Омский государственный технический университет гордится достижениями своих исследователей в этой области. Благодаря созданным ими инновациям происходит развитие научной мысли, шаг за шагом совершенствуются ракетно-космическая отрасль и оборонно-промышленный комплекс нашей страны. Так, начиная с 2008 года и.о. заведующего кафедрой «Машиноведение», старшим научным сотрудником кафедры «Авиа- и ракетостроение» Иваном Лесняком под руководством профессора Валерия Трушлякова ведутся научные исследования в ракетно-космической отрасли. Ученые занимаются решением проблем обеспечения экологической безопасности при реализации ракетно-космической деятельности и добились высоких научных результатов.

Существующие транспортные ракетно-космические системы как российские, так и зарубежные, в подавляющем большинстве используют жидкостные ракетные двигатели, что приводит к наличию неиспользуемых остатков жидкого топлива в баках ракет-носителей после завершения миссии. Эти остатки могут составлять до 3% и выше от начальной заправки топливом, что приводит к взрывам на орбитах отработавших ступеней и разгонных блоков по причине увеличения давления в баках при естественном испарении остатков топлива. Кроме того, их наличие в баках может привести к взрывам ступени при её столкновении с другим космическим объектом, а также ведет к увеличению площадей районов падения фрагментов отработавших ступеней ракет-носителей, возникновению пожаров на этих территориях.

Иван Лесняк, и.о. заведующего кафедрой «Машиноведение», старший научный сотрудник кафедры «Авиа- и ракетостроение» ОмГТУ: «Наиболее эффективным методом извлечения невырабатываемых жидких остатков ракетного топлива (излишки керосина, жидкого кислорода) из баков и магистралей ракет-носителей является их испарение в баках отработавших ступеней ракет-носителей. Это может быть достигнуто путем конвективного воздействия горячих газов, акусто-вакуумного, лазерного воздействия и др. Продукты испарения (газожидкостную смесь) исследователями предлагается использовать для дожигания в жидкостных ракетных двигателях или сбрасывать через управляемые сопла для последующего совершения маневров отработавшей ступени с целью спуска с орбиты (верхних ступеней) и изменения районов падения (нижних ступеней) до полного опустошения бака. Кроме того, использование этих невыработанных остатков топлива может увеличить массу полезного груза до 5-7% (например, спутника)».

Другим не менее актуальным направлением исследований авторов в области авиа- и ракетостроения является очистка и осушка топливных баков ракет-носителей при их производстве в условиях завода-изготовителя. В процессе изготовления баков на внутренних их поверхностях образуются технологические загрязнения: металлическая стружка, жировые и масляные пятна, грязь и др. Для удаления этих загрязнений заводы после проведения технологических операций используют различные способы очистки и сушки. Чаще всего производится ручная протирка специальными салфетками, смоченными в химической жидкости (спиртовые смеси, растворители), периодически проверяется под ультрафиолетом наличие загрязняющих частиц. Осушают топливные баки, продувая воздухом и обкладывая их матами для нагрева стенок бака. Это очень трудоемкий процесс, занимающий большое количество времени.

Ученые ОмГТУ предлагают использовать методы на основе акустического воздействия при пониженном давлении, лазерного, конвективного видов воздействия и других. Это не только снизит трудозатраты, но и даст недостижимые другими способами результаты очистки при одинаковом времени на процесс. В связи с этим ведутся теоретико-экспериментальные исследования процессов тепло- и массообмена при испарении модельных жидкостей в экспериментальных установках, конструкция которых подобна конструкции реального бака ракеты-носителя. Одновременное акустическое и вакуумное воздействие на модельную жидкость позволило выявить резонансный эффект, при котором скорость испарения жидкости резко увеличивается. Эта технология, по заверению ученых, позволит минимизировать или полностью исключить ручной труд и возможность ошибок.

Результаты данных исследований высоко оценены научным сообществом, они прошли широкую апробацию и опубликованы в высокорейтинговых журналах. Сейчас научной группой университета ведутся теоретико-экспериментальные исследования воздействия токов сверхвысокой частоты и лазерного излучения на процесс испарения жидкостей из пористых металлических структур, моделирующих структуру стенки бака ракеты-носителя.

Конечной целью исследований ученых является разработка рекомендаций для проектирования системы испарения жидких остатков топлива в баках отработавших ускорителей ступеней ракет-носителей с жидкостными ракетными двигателями. Это обеспечит пожаровзрывобезопасность, необходимую при длительном пребывании ракеты на околоземных орбитах. Также исследователями предложены рекомендации по созданию систем очистки и осушки топливных баков ракет-носителей при их производстве в условиях завода-изготовителя.