Гранулированное топливо — перспективный энергоноситель, сочетающий надежность твердого горючего и управляемость жидкого. В отличие от традиционных твердотопливных систем, которые работают до полного выгорания, двигатель на гранулах можно многократно запускать, останавливать и плавно регулировать его тягу. Это критически важно для современных задач: маневрирования спутников, мягкой посадки на другие планеты и уклонения от космического мусора. По конструкции такая установка существенно проще и дешевле жидкостных аналогов, так как не требует сложных турбонасосов и криогенных систем. Но до сих пор серийных образцов не существовало из-за непредсказуемого поведения порошково-газовой смеси, а ошибка в расчетах объема баков или давления может привести к катастрофе.
Пермские ученые создали методику расчета космических двигателей нового поколения на гранулированном топливе
Андрей Елькин, ведущий конструктор ПАО НПО «Искра», младший научный сотрудник ПНИПУ отмечает: «Мы разработали методику, которая позволяет на этапе проектирования рассчитать все ключевые параметры таких двигателей: от соотношения газа и порошка в топливной смеси до размеров баков и количества форсунок»
Схема экспериментальной установки.
Для создания математической модели исследователи изучили сгорание частиц и подобрали их оптимальный размер и форму. Затем точность расчетов проверили на экспериментальной установке. Чтобы обеспечить безопасность и снизить расходы, вместо опасного горючего применили вещества-имитаторы: сначала кварцевый песок, а затем хлорид калия, плотность которого максимально близка к настоящему топливу.
От гипотезы к созданию реактивных систем будущего
Условное изображение зонда на гранулированном топливе.
«Эксперименты и компьютерные расчеты совпали. Мы получили четкие зависимости: как меняется расход топлива и газа при изменении давления. На основе этих данных создали пошаговую методику и выполнили расчет двигательной установки для космического аппарата», — комментирует соавтор работы Михаил Храмцов, заведующий лабораторией кафедры «Ракетно-космическая техника и энергетические системы» ПНИПУ.
Разработанная система расчетов не имеет аналогов в мировой практике. Она позволяет инженерам заранее закладывать точные характеристики всей конструкции — от массы заправляемого горючего до динамики давления в камере сгорания. Это открывает широкие возможности для конструирования межпланетных зондов с функцией многократной коррекции курса, орбитальных буксиров и специализированных аппаратов для очистки околоземного пространства от мусора.
Работа опубликована в журнале «Южно-Сибирский научный вестник», № 5 (63). Источник: пресс-релиз