У 2026 році в Інституті технічної механіки НАН України і ДКА України розпочато виконання нових відомчих фундаментальних тем наукових досліджень. Одним з напрямів роботи в рамках теми «Дослідження динамічних процесів у перспективних ракетно-космічних та авіаційних системах» у відділі динаміки гідромеханічних і віброзахисних систем є дослідження динаміки віброзахисних систем об’єктів ракетно-космічної техніки.
Чому потрібен віброзахист космічних апаратів
Під час виведення космічного апарата на робочу орбіту конструкція ракети-носія та самого апарата зазнає значних динамічних навантажень. Вони виникають, зокрема, внаслідок коливань тяги двигунної установки та аеродинамічних впливів. Такі вібрації можуть негативно впливати на роботу приладів космічного апарата, а в окремих випадках – призводити до перевищення допустимих меж міцності його конструкції.
Тому важливим завданням під час проєктування космічної техніки є прогнозування її реакції на динамічні навантаження, що виникають під час польоту ракети-носія. Розв’язання цього завдання дає змогу підвищити надійність космічного апарата та водночас заощадити матеріально-технічні ресурси, необхідні для його розроблення.
У межах виконання НДР планується розробити метод демпфування коливань космічного апарата під час дії вібраційних навантажень від тяги двигуна. На основі комп’ютерного моделювання буде побудовано конструктивну схему віброзахисного адаптера космічного апарата та розроблено рекомендації щодо його практичного застосування.
Розвиток і сучасні напрями віброзахисту космічних апаратів
Розробка систем віброізоляції космічних апаратів в Україні та світі має вже понад 20-річну історію. На сучасному етапі розвитку засобів виведення низку космічних апаратів проєктують одночасно з віброзахисними системами та випробовують на спеціальних вібраційних стендах.
Віброзахисні системи космічних апаратів вже застосовувалися під час космічних місій із використанням різних ракет-носіїв. Зокрема, починаючи з 1998 року, 19 віброзахисних пристроїв і систем сімейства SoftRide використовувалися для захисту космічних апаратів під час запусків ракет-носіїв Taurus, Taurus XL, Minotaur I, Pegasus, Delta II, Delta 4-H та Falcon I.
Водночас розвиток сучасних ракет-носіїв ставить нові вимоги до систем віброзахисту. Удосконалення таких систем дасть змогу підвищити ефективність демпфування вібрацій і разом з тим зменшити вимоги до міцності конструкції космічного апарата, що в свою чергу приведе до значної економії матеріально-технічних ресурсів, вкладених у виготовлення і експлуатацію ракетно-космічної техніки.
На яких напрямках зосереджені дослідження
На першому етапі виконання НДР заплановано проведення аналізу сучасного стану та проблем теоретичних досліджень віброзахисних систем космічних апаратів в Україні та світі. Визначено, що підходи до проєктування перспективних систем віброізоляції сучасних космічних апаратів будуть розвиватись в таких напрямках:
– поєднання активного демпфування вібрацій із пасивними системами віброзахисту;
– розширення частотного діапазону та підвищення ефективності демпфування;
– перехід від демпфування космічного апарата як єдиної конструкції до налаштування системи на захист окремих найбільш відповідальних і чутливих до вібрацій елементів;
– застосування у віброзахисних системах гідравлічних, електромагнітних і механічних функціональних елементів;
– активне демпфування випадкових вібрацій, що виникають під час роботи різних систем космічного апарата у відкритому космосі, зокрема внаслідок роботи двигунів корекції орбіти;
– використання конструкції адаптера (диспенсера) як пасивної віброзахисної системи космічного апарата.
Розвиток таких підходів є важливою складовою підвищення надійності сучасної ракетно-космічної техніки. Результати досліджень мають сприяти створенню ефективніших систем захисту космічних апаратів від вібраційних навантажень під час їх виведення на робочі орбіти.
Провідний науковий співробітник відділу динаміки гідромеханічних і віброзахисних систем
д-р техн. наук Олексій НІКОЛАЄВ,
молодший науковий співробітник відділу динаміки гідромеханічних і віброзахисних систем
Ігор Сухонос
