Кондрашев Д.О. - Лауреат Премии им. Жуковского Н.Е.


Диплом Жуковский.jpeg

Исследование возможных способов возвращения первой ступени ракеты-носителя и расчет АДХ на примере РН Falcon 9

Работа посвящена исследованию возможных способов возвращения первой ступени ракеты-носителя и расчет аэродинамических характеристик на примере РН Falcon 9. В последние десятилетие ракетно-космическая отрасль проявляет тенденции по уменьшению такой важно характеристики как удельная стоимость выведения полезной нагрузки на целевую орбиту. Существует ряд вариантов по минимизации затрат, так, например, уменьшение стоимости технологий изготовления и применения инновационных материалов, либо разработка целых агрегатов, таких как двигательная установка, с учетом оптимизации входящих в состав компонентов и их характеристик.
Я рассматривал в своем проекте вариант частично многоразовой системы является спасение исключительно первой ступени, которая обладает большей стоимостью чем верхние ступени, а также имеет меньшую скорость и высоту, с которой необходимо произвести возвращение.
На данный момент разработаны несколько вариантов возвращения первых ступеней: возвращение первой ступени с применением аэродинамического качества; возвращение первой ступени с использованием парашютно-реактивных систем; возвращение по баллистической траектории к месту старта или к другой подготовленной площадке за счет использования двигателей многоразового включения, работающие на бортовые запасы топлива (вертикальная посадка).
Мною был рассмотрен последний метод возвращения первых ступеней на примере Falcon-9 компании SpaceX.
Предлагаемый способ заключается в том, что непосредственно после разделения первой и второй ступеней ракеты повторно включают рулевые и маршевые двигатели первой ступени и совершают разворот ступени в плоскости тангажа. Затем набирают скорость, необходимую для возвращения ступени на космодром по баллистической траектории. После аэродинамического торможения ступени хвостовой частью вниз вновь включают рулевые двигатели ступени на расчетной высоте и приводят ступень к точке посадки. Вертикальную скорость перед приземлением гасят до величины, близкой к нулю. Технический результат изобретения состоит в обеспечении возврата отработавшей ступени непосредственно в точку старта без использования дополнительных конструктивных элементов для посадки, улавливающих систем и транспортных средств доставки ступени на космодром.
Я рассчитал АДХ первой ступени до раскрытия решетчатых рулей. Было проведено сравнение с экспериментальными данными, которые были получены в случае, максимально приближенном к смоделированному случаю в SolidWorks Flow Simulation. Расхождения в значениях оказались незначительными (имеют один порядок), значит, смоделированные АДХ можно считать верными.