Команда студентов Московского авиационного института (МАИ) создала программно-аппаратный комплекс для моделирования управляемого спуска и посадки первой ступени многоразовой ракеты-носителя. Разработка позволяет отрабатывать на Земле механику возвращения разгонных блоков, что упрощает и удешевляет процесс создания многоразовых ракет. Проект курирует старший преподаватель Военного учебного центра при МАИ, кандидат технических наук Валерий Спирягин.
Технология и применение
Главная задача комплекса — учитывать в реальном времени динамически изменяющиеся условия полёта и определять момент включения тяговых и рулевых двигателей для выравнивания блока и снижения скорости падения. Система имитирует работу ПИД-регулятора — устройства, отвечающего за положение ракеты в пространстве с учётом меняющихся физических параметров.
«Двигатели первой ступени очень сложны и дороги в производстве, а при использовании возвращаемой первой ступени затраты можно минимизировать. Многоразовые разгонные блоки значительно ускорят и удешевят многие космические проекты, среди которых, например, создание низкоорбитальной группировки связи. Наша разработка поможет не просто просчитать поведение такого блока при посадке, но и смоделировать все физические процессы, включая снижение массы, изменение свойств атмосферы и даже инерцию от остаточного топлива в баках», — отметил один из участников проекта, студент кафедры 610 «Управление эксплуатацией ракетно-космических систем» Ильяс Галеев.
Преимущества перед текущими методами
Сейчас все параметры просчитывают отдельно, а общая картина становится понятной только во время экспериментальных пусков. Разработка студентов МАИ предлагает более быстрый и экономичный способ тестирования и отладки алгоритмов управления посадкой ракетных блоков уже на ранних стадиях проектирования.
Для отработки технологии за основу взята высота в 10 км, с которой система выстраивает маршрут движения падающей ступени таким образом, чтобы к моменту посадки её скорость не превышала 5 м/с. Для просчёта движения реальных аппаратов параметры могут быть усложнены.
«Разработанный подход является фундаментальным для дальнейшего внедрения новых и совершенствования старых алгоритмов для поиска лучшего решения задачи оптимального построения траектории», — подчеркнул участник проекта, студент кафедры 601 «Космические системы и ракетостроение» Роман Голубцов.
Планы развития
Следующий этап — создание нейросетевой архитектуры, которая будет не просто помогать в расчётах, но и выстраивать в реальном времени оптимальный путь возвращения ракеты с учётом нестандартных аэродинамических воздействий и других физических законов. Это позволит быстро находить наиболее эффективный способ стабилизации падающей ступени и минимизировать расход топлива при посадке, что решит одну из главных экономических и технических задач в области многоразовых ракетных пусков.