Συστήματα ελέγχου του διαστημικού σκάφους "Buran"
Σύστημα Energia-Buran στην εξέδρα εκτόξευσης. Φωτογραφία από NPO Molniya
Στις 15 Νοεμβρίου 1988 πραγματοποιήθηκε η πρώτη και μοναδική τροχιακή πτήση του σοβιετικού επαναχρησιμοποιήσιμου διαστημικού σκάφους Buran. Με τη βοήθεια του οχήματος εκτόξευσης Energia, το πλοίο μπήκε σε τροχιά, έκανε δύο τροχιές και επέστρεψε στη Γη, αφού πραγματοποίησε οριζόντια προσγείωση στο αεροδρόμιο. Η πτήση ήταν πλήρως αυτόματη χρησιμοποιώντας μοναδικά χειριστήρια επί του σκάφους.
Δύσκολες εργασίες
Η ανάπτυξη ενός πολλά υποσχόμενου επαναχρησιμοποιήσιμου συστήματος πυραύλων και διαστημικών μεταφορών, που είχε ως αποτέλεσμα την εμφάνιση του Buran, ξεκίνησε το 1976. Το ειδικά δημιουργημένο NPO Molniya, με επικεφαλής τον General Designer G.E. Λοζίνο-Λοζίνσκι. Στο έργο συμμετείχαν επίσης δεκάδες άλλοι επιστημονικοί και σχεδιαστικοί οργανισμοί. Για παράδειγμα, το Γραφείο Σχεδιασμού Χημικών Αυτοματισμών (Voronezh) και το Ερευνητικό Ινστιτούτο Μηχανολόγων Μηχανικών (Nizhnyaya Salda) ήταν υπεύθυνα για την ανάπτυξη του συστήματος πρόωσης.
Οι συμμετέχοντες στο πρόγραμμα έπρεπε να σχηματίσουν τη βέλτιστη εικόνα του μελλοντικού πλοίου, καθώς και να την εφαρμόσουν με τη μορφή ενός ολοκληρωμένου έργου. Ταυτόχρονα, ήταν απαραίτητο να λυθούν πολλά τεχνικά προβλήματα διαφόρων ειδών. Έτσι, σύμφωνα με τους όρους αναφοράς, το μελλοντικό Buran θα έπρεπε να είχε επανδρωθεί, αλλά σχεδιάστηκε να χρησιμοποιηθεί ένας αυτόματος πιλότος με ευρείες λειτουργίες. Το πλοίο έπρεπε να έχει αυτόματη λειτουργία πτήσης, καθόδου και προσγείωσης.
«Μπουράν» μετά την πρώτη πτήση. Φωτογραφία NPO Molniya
Γενικά, η ανάπτυξη συστημάτων ελέγχου χωρίστηκε σε πολλούς κύριους τομείς. Το πρώτο αφορούσε την ανάπτυξη πηδαλίων και σχετικών συστημάτων για ένα ανεμόπτερο σχεδιασμένο να πετάει στην ατμόσφαιρα. Το δεύτερο καθήκον ήταν η δημιουργία ενός συγκροτήματος μηχανών ελιγμών για εργασία στο διάστημα. Στο πλαίσιο της τρίτης κατεύθυνσης, αναπτύχθηκαν ενσωματωμένα ηλεκτρονικά, υπολογιστικά εργαλεία και λογισμικό για αυτά. Αυτά τα κεφάλαια έπρεπε να παρέχουν έλεγχο στη λειτουργία άλλων συστημάτων ελέγχου.
Ο σχεδιασμός όλων των συστημάτων ολοκληρώθηκε το πρώτο μισό της δεκαετίας του ογδόντα. Αυτό κατέστησε δυνατή την έναρξη της κατασκευής του αναλογικού αεροσκάφους BTS-002 για επακόλουθες δοκιμές στην ατμόσφαιρα. Επιπλέον, έχει ξεκινήσει η κατασκευή ενός πλήρους διαστημικού σκάφους.
Αεροδυναμικός έλεγχος
Το "Buran" κατασκευάστηκε σύμφωνα με το σχέδιο "χωρίς ουρά" με μια πτέρυγα δέλτα χαμηλού ύψους, η οποία είχε μια μεταβλητή σάρωση της πρόσφατης άκρης. Υπήρχε μια καρίνα στο τμήμα της ουράς της ατράκτου. Με ένα τέτοιο αεροδυναμικό σχήμα, το τροχιακό αεροσκάφος μπορούσε να πραγματοποιήσει μια πτήση ολίσθησης στην ατμόσφαιρα, η οποία ήταν απαραίτητη για μια τακτική προσγείωση.
Η ουρά του «Μπουράν». Η καρίνα με το πηδάλιο, τα μπλοκ κινητήρα ελέγχου και προσανατολισμού, τα elevons και η ασπίδα εξισορρόπησης είναι ευδιάκριτα. Φωτογραφία από Wikimedia Commons
Για τον έλεγχο της προσγείωσης, ο "Buran" έλαβε αρκετά απλά και οικεία μέσα. Elevons μεγάλης περιοχής τοποθετήθηκαν στο πίσω άκρο της πτέρυγας: η σύγχρονη ή διαφορική εκτροπή τους επέτρεπε τον έλεγχο της κύλισης και του βήματος. Ανάμεσα στα elevons, στην ουρά της ατράκτου από κάτω, τοποθετούσαν τα λεγόμενα. ασπίδα εξισορρόπησης. Με τη βοήθειά του, βελτιώθηκε η δυνατότητα ελέγχου σε υπερηχητικές και υπερηχητικές ταχύτητες. Στην καρίνα ήταν το πηδάλιο. Αποτελούνταν από δύο συμμετρικά κατακόρυφα μέρη που μπορούσαν να αποκλίνουν στα πλάγια και να εκτελούν τα καθήκοντα ενός αεροφρένου.
Όλες οι επιφάνειες του τιμονιού κινούνταν υδραυλικά. Για να βελτιώσει την αξιοπιστία, η Buran έλαβε τρία ανεξάρτητα υδραυλικά συστήματα με τις δικές τους αντλίες, αγωγούς κ.λπ. Οι υδραυλικοί ενεργοποιητές που ήταν υπεύθυνοι για την οδήγηση των πηδαλίων ελέγχονταν εξ αποστάσεως με ηλεκτρικά σήματα από τα κύρια συστήματα ελέγχου.
Έλεγχος στο χώρο
Για εργασία, ελιγμούς και προσανατολισμό σε τροχιά, ο Buran έλαβε το λεγόμενο. ολοκληρωμένο σύστημα πρόωσης (APU). Περιλάμβανε δύο κινητήρες στήριξης με ώθηση 90 kN ο καθένας στην ουρά. Το πλοίο έλαβε επίσης 38 μηχανές ελέγχου και 8 μηχανές προσανατολισμού ακριβείας. Οι μονάδες αυτές τοποθετήθηκαν στην μπροστινή άτρακτο με ακροφύσια στο πάνω μέρος και στα πλάγια, καθώς και σε δύο χαρακτηριστικά καλύμματα ουράς.
Υδραυλική κίνηση ενός από τα αεροδυναμικά πηδάλια. Φωτογραφία από Wikimedia Commons
Το κύριο έργο σε τροχιά ανατέθηκε στους κινητήρες ελέγχου του τύπου 17D15. Βρίσκονταν σε διαφορετικά σημεία του πλαισίου του αεροσκάφους και κατευθύνονταν προς διαφορετικές κατευθύνσεις. Ενεργοποιώντας ορισμένους κινητήρες για τον απαιτούμενο χρόνο, το πλήρωμα ή ο αυτόματος πιλότος έπρεπε να αλλάξει τον προσανατολισμό του πλοίου. Επίσης, οι μηχανές ελέγχου θα μπορούσαν να αντιγράψουν τους κινητήρες πορείας, αλλά με απώλεια απόδοσης.
Το προϊόν 17D15 ήταν ένας κινητήρας πυραύλων αερίου-υγρού που κινούνταν με καύσιμο υδρογονάνθρακα και οξυγόνο. Η ώθηση ενός τέτοιου προϊόντος έφτασε τα 4 kN με ειδική ώθηση έως και 290-295 sec. Κατά τη διάρκεια της πτήσης, ο κινητήρας μπορούσε να ανάψει έως και 2 χιλιάδες φορές. Ο συνολικός πόρος είναι 26 χιλιάδες συμπεριλήψεις.
Ο κινητήρας προσανατολισμού ήταν παρόμοιος σε σχεδιασμό με τον κινητήρα ελέγχου, αλλά διέφερε σε μικρότερες διαστάσεις και άλλα χαρακτηριστικά. Η ώθησή του έφτασε μόλις τα 200 N με ειδική ώθηση 265 δευτερολέπτων. Παράλληλα, επιτρέπονταν 5 χιλιάδες εγκλείσματα ανά πτήση. Λόγω της χαμηλότερης ώθησης, προβλέφθηκε ένας πιο ακριβής προσανατολισμός του πλοίου στο διάστημα, επαρκής για την εκτέλεση ορισμένων εργασιών.
Ο έλεγχος της ΟΔΕ γινόταν κεντρικά με τη βοήθεια κατάλληλων οργάνων. Η λειτουργία της εγκατάστασης ελεγχόταν από το πλήρωμα ή/και η αυτοματοποίηση, ανάλογα με τις δραστηριότητες και τις εργασίες που εκτελούνταν.
πιλοτήριο προσομοιωτή πληρώματος. Φωτογραφία από Wikimedia Commons
Υπολογιστικό σύμπλεγμα
Δημιουργήθηκε ένα πολύπλοκο σύστημα ελέγχου για το Buran, το οποίο εξασφαλίζει πτήσεις σε όλους τους τρόπους λειτουργίας και την επίλυση βοηθητικών εργασιών, την υλοποίηση επιστημονικών ή πρακτικών δραστηριοτήτων κ.λπ. Περιλάμβανε περισσότερες από 1250 διαφορετικές συσκευές και συσκευές, ψηφιακά υπολογιστικά εργαλεία, καθώς και πολυάριθμες διαδρομές καλωδίων κ.λπ. Διάφορες συσκευές από το σύστημα ελέγχου διανεμήθηκαν σχεδόν σε όλο το αεροσκάφος του πλοίου.
Η βάση του συστήματος ελέγχου ήταν το ενσωματωμένο συγκρότημα κεντρικών υπολογιστών (OCCC), χωρισμένο σε δύο συστήματα, το κεντρικό και το περιφερειακό. Κάθε τέτοιο σύστημα κατασκευάστηκε με βάση δύο υπολογιστές BISER-4. Μια τέτοια αρχιτεκτονική του ενσωματωμένου ψηφιακού υπολογιστή εξασφάλιζε υψηλή αξιοπιστία και ανοχή σφαλμάτων του συγκροτήματος στο σύνολό του. Προϊόν BISER-4 που αναπτύχθηκε από την NPTsAP τους. Ο Academician Pilyugin ήταν ένα μηχάνημα 32-bit με απόδοση CPU 37x104 op./sec. Κατανάλωση ισχύος - 270 W, βάρος - 34 κιλά.
Το BTsVK συνέλεξε και επεξεργάστηκε δεδομένα από διάφορους αισθητήρες, εργαλεία και συστήματα. Ήταν υπεύθυνος για την πλοήγηση στο διάστημα και στην ατμόσφαιρα, έλεγχε την κατάσταση εξαρτημάτων και συγκροτημάτων, αντάλλασσε δεδομένα με επίγειες εγκαταστάσεις του συγκροτήματος κ.λπ. Το συγκρότημα έλεγχε επίσης τη λειτουργία αεροδυναμικών πηδαλίων και ODU. Στη λειτουργία χειροκίνητου ελέγχου πτήσης, το BTsVK έπρεπε να μετατρέψει τις ενέργειες του πληρώματος σε εντολές για τους ενεργοποιητές. Η αυτόματη λειτουργία προέβλεπε εντελώς ανεξάρτητη εργασία.
Για το BTsVK, δημιουργήθηκε πρωτότυπο λογισμικό με τη μορφή λειτουργικού συστήματος και ενός συνόλου πρόσθετων προγραμμάτων. Ο συνολικός όγκος λογισμικού ήταν εξαιρετικός για εκείνη την εποχή - περίπου. 100 MB.
Σχηματικό διάγραμμα συστημάτων ελέγχου. Γραφικά Buran.ru
Το σύμπλεγμα λογισμικού εξασφάλιζε τη λειτουργία του υλικού, την αλληλεπίδραση του ενσωματωμένου ψηφιακού υπολογιστή με διάφορες συσκευές κ.λπ. Μεταξύ άλλων, εφάρμοσε αλγόριθμους αυτόματου ελέγχου πτήσης σε όλα τα modes. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η δυνατότητα αυτόματης καθόδου από τροχιά, πτήσης στην ατμόσφαιρα και προσγείωσης σε δεδομένο αεροδρόμιο. Είναι περίεργο ότι αρχικά είχε προβλεφθεί μόνο μια αυτόματη λειτουργία προσγείωσης. Το εγχειρίδιο προστέθηκε αργότερα κατόπιν επιμονής του πελάτη.
Αποδεδειγμένο στην πράξη
Το 1984, η NPO Molniya, με τη βοήθεια άλλων συμμετεχόντων στο έργο Buran, κατασκεύασε ένα αναλογικό αεροσκάφος BTS-002, γνωστό και ως OK-GLI ή "0.02". Ήταν ένα αντίγραφο ενός τροχιακού αεροσκάφους, τροποποιημένο για οριζόντια απογείωση και πτήση στην ατμόσφαιρα. Το BTS-02 επανέλαβε σχεδόν πλήρως το σχέδιο του Buran και διέθετε όλα τα απαραίτητα χειριστήρια, ένα σύστημα υπολογιστή κ.λπ. Ταυτόχρονα ήταν εξοπλισμένο με κινητήρες στροβιλοτζετ.
Στις 10 Νοεμβρίου 1985, οι κοσμοναύτες Igor Volk και Rimantas Stankevičius πήραν το BTS-002 στον αέρα για πρώτη φορά. Τον Ιούνιο του επόμενου έτους, στην τέταρτη πτήση, δοκιμάστηκε για πρώτη φορά ο ημιαυτόματος σχεδιασμός - οι πιλότοι διατήρησαν τον έλεγχο του αεροσκάφους, αλλά ορισμένα από τα καθήκοντα μεταφέρθηκαν στον αυτοματισμό. Στα τέλη του 1985, πραγματοποιήθηκαν πειράματα με αυτόματη πτήση προς το αεροδρόμιο. Ο χειροκίνητος έλεγχος ενεργοποιήθηκε μόνο πριν το άγγιγμα. Τελικά, στις 16 Φεβρουαρίου 1987, στη δέκατη πτήση, το BTS-002 προσγειώθηκε μόνο του για πρώτη φορά. Μέχρι την άνοιξη του 1988, ολοκληρώθηκαν περισσότερες από δώδεκα παρόμοιες πτήσεις για τη δοκιμή συστημάτων και αλγορίθμων.
Γυροσκοπική συσκευή αδρανειακής πλοήγησης Sh300 (στο πρώτο πλάνο), που δημιουργήθηκε για το Buran. Φωτογραφία από Wikimedia Commons
Τελικά, στις 15 Νοεμβρίου 1988, πραγματοποιήθηκε η πρώτη και μοναδική διαστημική πτήση του τροχιακού Buran. Μετά από δύο περιστροφές γύρω από τον πλανήτη, το πλοίο κατέβηκε αυτόματα και προσγειώθηκε στο αεροδρόμιο του Μπαϊκονούρ. Στο στάδιο της προσγείωσης, το BTsVK έλαβε δεδομένα για τις καιρικές συνθήκες στο αεροδρόμιο από επίγειες εγκαταστάσεις, τις αξιολόγησε σωστά και πραγματοποίησε έναν απροσδόκητο ελιγμό. Ο "Buran" έχτισε ανεξάρτητα μια βέλτιστη προσέγγιση και εκτέλεσε μια προσγείωση ενάντια στον άνεμο.
Τεχνολογίες του παρελθόντος
Δυστυχώς, η πρώτη διαστημική πτήση του Μπουράν παρέμεινε η μοναδική. Στο μέλλον, για διάφορους λόγους, το μεγαλύτερο μέρος των οποίων δεν μπορεί σε καμία περίπτωση να ονομαστεί αντικειμενικό, το πρόγραμμα Energia-Buran περιορίστηκε και περισσότερες εργασίες δεν συνεχίστηκαν. Τροχιακά, ατμοσφαιρικά και άλλα δείγματα του πλοίου πήγαν στο αιώνιο πάρκινγκ, και κάποια είχαν την τύχη να γίνουν μουσειακό έκθεμα.
Ωστόσο, ακόμη και με αυτό το αποτέλεσμα, το τολμηρό και πολλά υποσχόμενο πρόγραμμα Buran έδειξε τις δυνατότητές του. Η σοβιετική βιομηχανία έχει αποδείξει την ικανότητά της να αναπτύξει τέτοιο εξοπλισμό και να τον φέρει τουλάχιστον σε δοκιμή. Χρησιμοποιώντας διαθέσιμες και πρόσφατα αναπτυγμένες τεχνολογίες και εξαρτήματα, οι επιχειρήσεις μας κατάφεραν να δημιουργήσουν ένα διαστημικό σύστημα με μοναδικές δυνατότητες.
Ωστόσο, στο μέλλον, η εμπειρία του έργου Buran, συμπ. στο πλαίσιο των συστημάτων ελέγχου, στο σύνολό τους παρέμεινε στα αζήτητα. Τα πρώτα χρόνια ή δεκαετίες μετά το μοναδικό λανσάρισμα της Energia-Buran, η βιομηχανία δεν είχε την ευκαιρία να αναπτύξει πλήρως αυτήν την κατεύθυνση. Στη συνέχεια εμφανίστηκαν νέες τεχνολογίες και μια πιο προηγμένη βάση στοιχείων με πολύ μεγαλύτερες δυνατότητες.
Τα ειδησεογραφικά μας κανάλια
Εγγραφείτε και μείνετε ενημερωμένοι με τα τελευταία νέα και τα πιο σημαντικά γεγονότα της ημέρας.
πληροφορίες