Команда студентов Московского авиационного института (МАИ) создала программно-аппаратный комплекс, моделирующий управляемый спуск и посадку первой ступени многоразовой ракеты-носителя. Система позволяет на Земле отрабатывать механику возвращения разгонных блоков, не прибегая к дорогостоящим экспериментальным пускам.
«Двигатели первой ступени очень сложны и дороги в производстве. При использовании возвращаемой первой ступени затраты можно минимизировать. Наша разработка поможет не просто просчитать поведение ракетного блока при посадке, но и смоделировать все физические процессы, включая снижение массы, изменение свойств атмосферы и даже инерцию от остаточного топлива в баках», — пояснил студент кафедры «Управление эксплуатацией ракетно-космических систем» МАИ Ильяс Галеев.
Возможности системы и сферы применения
Программно-аппаратный комплекс учитывает в реальном времени динамически меняющиеся условия полёта. Он определяет точную миллисекунду, на которой должны включиться тяговые и рулевые двигатели, чтобы выровнять блок вертикально и снизить скорость падения. Для этого комплекс имитирует работу ПИД-регулятора — устройства, отвечающего за положение ракеты в пространстве с учётом постоянно меняющихся физических параметров.
По словам Галеева, многоразовые разгонные блоки способны значительно ускорить и удешевить космические проекты. Среди прочих направлений — создание низкоорбитальной группировки связи.
В настоящее время все параметры просчитывают отдельно, а общая картина становится ясна лишь во время экспериментальных пусков. Новая разработка предлагает более быстрый и дешёвый способ тестирования и отладки алгоритмов управления посадкой ракетных блоков уже на ранних стадиях проектирования.
Параметры отработки и перспективы
Для отработки технологии за основу взята высота 10 км, с которой система выстраивает маршрут движения падающей ступени. Расчёт ведётся таким образом, чтобы к моменту посадки скорость не превышала 5 м/с. Для просчёта движения реальных аппаратов параметры можно усложнить.
«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 «Космические системы и ракетостроение» Роман Голубцов.
Следующий этап проекта — создание нейросетевой архитектуры, которая будет не просто помогать в расчётах, но и выстраивать в реальном времени оптимальный путь возвращения ракеты. Система учтёт нестандартные аэродинамические воздействия и другие физические факторы. Это позволит быстро находить самый эффективный способ стабилизации падающей ступени и минимизировать расход топлива при посадке, решив одну из главных экономических и технических задач в области многоразовых ракетных пусков.
Разработка нацелена на сокращение издержек и повышение точности проектирования систем управления возвращаемых ракетных блоков, что делает её актуальной для развития отечественной космической отрасли.