Sistemele de control ale navei spațiale „Buran”
Sistemul Energia-Buran pe rampa de lansare. Fotografie de NPO „Molniya”
Pe 15 noiembrie 1988 a avut loc primul și singurul zbor orbital al navei spațiale reutilizabile sovietice Buran. Folosind vehiculul de lansare Energia, nava a intrat pe orbită, a făcut două orbite și s-a întors pe Pământ, efectuând o aterizare orizontală pe aerodrom. Zborul a fost complet automat folosind comenzi unice de la bord.
Sarcini dificile
Dezvoltarea unei rachete reutilizabile promițătoare și a unui sistem de transport spațial, rezultatul căruia a fost apariția lui Buran, a început în 1976. Antreprenorul principal pentru lucrări a fost NPO Molniya special creat, condus de designerul general G.E. Lozino-Lozinsky. În proiect au fost implicate și alte zeci de organizații științifice și de design. De exemplu, Biroul de proiectare a automatelor chimice (Voronezh) și Institutul de Cercetare în Inginerie Mecanică (Nizhnyaya Salda) au fost responsabile pentru dezvoltarea sistemului de propulsie.
Participanții la program au trebuit să formuleze aspectul optim al viitoarei nave, precum și să îl implementeze sub forma unui proiect cu drepturi depline. În același timp, a fost necesar să se rezolve o mulțime de probleme tehnice de diferite feluri. Astfel, în conformitate cu specificațiile tehnice, viitorul „Buran” ar fi trebuit să fie făcut cu echipaj, dar s-a avut în vedere utilizarea unui pilot automat cu funcții extinse. Nava trebuia să aibă un mod automat de zbor, coborâre și aterizare.
„Buran” după primul zbor. Fotografie de NPO „Molniya”
În general, dezvoltarea sistemelor de control a fost împărțită în mai multe domenii principale. Prima a implicat dezvoltarea cârmelor și a sistemelor aferente pentru un planor destinat zborului în atmosferă. A doua sarcină a fost crearea unui complex de motoare de manevră pentru operarea în spațiu. Ca parte a celei de-a treia direcții, au fost dezvoltate electronice de bord, instrumente de calcul și software pentru acestea. Aceste mijloace trebuiau să ofere control asupra funcționării altor sisteme de control.
Proiectarea tuturor sistemelor a fost finalizată în prima jumătate a anilor optzeci. Acest lucru a făcut posibilă începerea construcției unui avion analogic BTS-002 pentru teste ulterioare în atmosferă. În plus, a început construcția unei nave spațiale cu drepturi depline.
Control aerodinamic
„Buran” a fost construit conform designului „fără coadă”, cu o aripă deltă joasă, care avea o întindere variabilă a muchiei de atac. Pe fuzelajul din spate era o chilă. Cu un asemenea aspect aerodinamic, aeronava orbitală putea efectua un zbor planant în atmosferă, ceea ce era necesar pentru o aterizare normală.
Secțiunea de coadă a Buranului. Chila cu cârmă, blocuri motor de control și orientare, eloni și clapeta de echilibrare sunt clar vizibile. Foto: Wikimedia Commons
Pentru controlul aterizării, Buranul a primit mijloace destul de simple și familiare. Elonii cu suprafață mare au fost plasați pe marginea de fugă a aripii: deviația lor sincronă sau diferențială a făcut posibilă controlul ruliului și înclinării. Între eloni, pe coada de jos a fuzelajului, au plasat așa-numitul. scut de echilibrare. Cu ajutorul acestuia, controlabilitatea la viteze super- și hipersonice a fost îmbunătățită. Cârma era amplasată pe chilă. Era format din două părți verticale simetrice care puteau diverge în lateral și puteau îndeplini sarcinile unei frâne pneumatice.
Toate suprafețele de direcție erau conduse de hidraulic. Pentru a crește fiabilitatea, Buran a primit trei sisteme hidraulice independente cu propriile pompe, conducte etc. Actuatoarele hidraulice responsabile cu conducerea cârmelor au fost controlate de la distanță prin semnale electrice de la principalele sisteme de control.
Control în spațiu
Pentru operare, manevrare și orientare pe orbită, Buran a primit așa-numitul. sistem de propulsie integrat (UPS). Include două motoare principale cu o tracțiune de 90 kN în coadă. Nava a primit, de asemenea, 38 de motoare de control și 8 motoare de orientare de precizie. Aceste unități au fost plasate în partea din față a fuzelajului cu orificii de evacuare a duzei în partea superioară și pe laterale, precum și în două carcase caracteristice de coadă.
Acționare hidraulică a uneia dintre cârmele aerodinamice. Foto: Wikimedia Commons
Lucrarea principală pe orbită a fost atribuită controlului motoarelor de tip 17D15. Acestea erau amplasate în diferite părți ale corpului aeronavei și erau direcționate în direcții diferite. Pornind anumite motoare pentru timpul necesar, echipajul sau pilotul automat trebuia să schimbe orientarea navei. De asemenea, motoarele de control ar putea duplica motoarele principale, dar cu o pierdere a caracteristicilor.
Produsul 17D15 a fost un motor de rachetă gaz-lichid care funcționează cu combustibil hidrocarburi și oxigen. Împingerea unui astfel de produs a ajuns la 4 kN cu un impuls specific de până la 290-295 sec. În timpul zborului, motorul ar putea fi pornit de până la 2 mii de ori. Resursă totală – 26 mii incluziuni.
Motorul de orientare era similar ca design cu motorul de control, dar era mai mic ca dimensiune și avea caracteristici diferite. Impingerea sa a atins doar 200 N cu un impuls specific de 265 sec. În același timp, au fost permise 5 mii de incluziuni pe zbor. Datorită împingerii mai mici s-a asigurat o orientare mai precisă a navei în spațiu, suficientă pentru efectuarea anumitor lucrări.
Controlul ODU a fost efectuat centralizat folosind dispozitive adecvate. Funcționarea instalației a fost controlată de echipaj și/sau automatizare, în funcție de activitățile și sarcinile efectuate.
Cabina simulatorului echipajului. Foto: Wikimedia Commons
Complex de calcul
Pentru Buran a fost creat un sistem de control extrem de complex, care asigură zboruri în toate modurile și rezolvă sarcini auxiliare, desfășoară activități științifice sau practice etc. Acesta a inclus peste 1250 de dispozitive și instrumente diferite, instrumente de calcul digital, precum și numeroase rute de cablu etc. Diferite dispozitive din sistemul de control au fost distribuite pe aproape întreaga structură a navei.
Baza sistemului de control a fost complexul computerizat central de bord (OCCC), împărțit în două sisteme, central și periferic. Fiecare astfel de sistem a fost construit pe baza a două computere BISER-4. O astfel de arhitectură a BTsVK a asigurat fiabilitate ridicată și toleranță la erori a complexului în ansamblu. Produsul BISER-4 dezvoltat de NPTsAP im. Academicianul Pilyugin era o mașină pe 32 de biți cu o performanță a procesorului central de 37x104 op./sec. Consum de energie – 270 W, greutate – 34 kg.
BCVC a colectat și procesat date de la diverși senzori, instrumente și sisteme. El a fost responsabil de navigația în spațiu și în atmosferă, a monitorizat starea componentelor și ansamblurilor, a făcut schimb de date cu instalațiile de la sol ale complexului etc. Complexul controla și funcționarea suprafețelor de control aerodinamic și a supapelor de control. În modul de control manual al zborului, BTsVK a trebuit să transforme acțiunile echipajului în comenzi pentru actuatoare. Modul automat asigura o muncă complet independentă.
Pentru BCVC, software-ul original a fost creat sub forma unui sistem de operare și a unui set de programe suplimentare. Volumul total de software a fost remarcabil pentru acea perioadă - aprox. 100 MB.
Schema schematică a sistemelor de control. Grafică Buran.ru
Pachetul software a asigurat funcționarea hardware-ului, interacțiunea BCVC cu diverse dispozitive etc. Printre altele, a implementat algoritmi de control automat al zborului în toate modurile. Un interes deosebit este posibilitatea coborârii automate de pe orbită, zborului în atmosferă și aterizării pe un anumit aerodrom. Este curios că inițial a fost oferit doar un mod automat de aterizare. Manualul a fost adăugat ulterior la insistențele clientului.
Dovedit prin practică
În 1984, NPO Molniya, cu asistența altor participanți la proiectul Buran, a construit o aeronavă analogică BTS-002, cunoscută și sub numele de OK-GLI sau „0.02”. Era o copie a unei aeronave orbitale, modificată pentru decolarea orizontală și zborul în atmosferă. BTS-02 a repetat aproape complet designul Buran și avea toate comenzile necesare, un complex de computer etc. În același timp, era echipat cu motoare cu turboreacție.
Pe 10 noiembrie 1985, piloții cosmonauți Igor Volk și Rimantas Stankevicius au luat BTS-002 în aer pentru prima dată. În iunie a anului următor, la cel de-al patrulea zbor, planificarea semi-automată a fost testată pentru prima dată - piloții au păstrat controlul aeronavei, dar au transferat unele dintre sarcini către automatizare. La sfârșitul anului 1985 au fost efectuate experimente cu zbor automat către aerodrom; controlul manual a fost pornit numai înainte de atingere. În cele din urmă, pe 16 februarie 1987, la al zecelea zbor, BTS-002 a aterizat independent pentru prima dată. Până în primăvara anului 1988, au fost efectuate peste o duzină de zboruri similare pentru a testa sisteme și algoritmi.
Dispozitiv de navigație inerțial giroscopic Sh300 (în prim plan), creat pentru Buran. Foto: Wikimedia Commons
În cele din urmă, pe 15 noiembrie 1988, a avut loc primul și singurul zbor spațial al orbitalei Buran. După două orbite în jurul planetei, nava a coborât automat și a aterizat pe aerodromul Baikonur. La etapa de aterizare, centrul de bord a primit date despre condițiile meteorologice de pe aerodrom de la echipamentele de la sol, le-a evaluat corect și a efectuat o manevră neașteptată. „Buran” a construit independent abordarea optimă și a aterizat împotriva vântului.
Tehnologii din trecut
Din păcate, primul zbor spațial al lui Buran a rămas singurul. Ulterior, din mai multe motive, dintre care majoritatea nu pot fi numite obiective, programul Energia-Buran a fost restrâns, iar lucrările nu au fost reluate. Mostre orbitale, atmosferice și alte probe ale navei au mers în parcare veșnică, iar unele au avut norocul să devină exponate de muzeu.
Cu toate acestea, chiar și cu acest rezultat, programul îndrăzneț și promițător Buran și-a arătat potențialul. Industria sovietică și-a demonstrat capacitatea de a dezvolta astfel de echipamente și de a le aduce, cel puțin, la testare. Folosind tehnologii și componente disponibile și nou dezvoltate, întreprinderile noastre au reușit să creeze un sistem spațial cu capabilități unice.
Cu toate acestea, în viitor, experiența proiectului Buran, incl. în contextul sistemelor de control, a rămas în general nerevendicată. În primii ani sau decenii după lansarea unică a Energia-Buran, industria nu a avut ocazia să dezvolte pe deplin această zonă. Apoi au apărut noi tehnologii și o bază de elemente mai avansate, cu un potențial mult mai mare.
informații