Hệ thống điều khiển của tàu vũ trụ "Buran"
Hệ thống Energia-Buran trên bệ phóng. Ảnh của NPO Molniya
Vào ngày 15 tháng 1988 năm XNUMX, chuyến bay quỹ đạo đầu tiên và duy nhất của tàu vũ trụ tái sử dụng Buran của Liên Xô đã diễn ra. Với sự trợ giúp của phương tiện phóng Energia, con tàu đã đi vào quỹ đạo, thực hiện hai quỹ đạo và quay trở lại Trái đất, sau khi thực hiện hạ cánh ngang tại sân bay. Chuyến bay hoàn toàn tự động bằng cách sử dụng các điều khiển độc đáo trên máy bay.
Nhiệm vụ khó khăn
Sự phát triển của một hệ thống vận chuyển không gian và tên lửa có thể tái sử dụng đầy hứa hẹn, dẫn đến sự xuất hiện của Buran, bắt đầu vào năm 1976. NPO Molniya được tạo ra đặc biệt, do Tổng thiết kế G.E. Lozino-Lozinsky. Hàng chục tổ chức khoa học và thiết kế khác cũng tham gia vào dự án. Ví dụ, phòng thiết kế tự động hóa hóa học (Voronezh) và Viện nghiên cứu Cơ khí (Nizhnyaya Salda) chịu trách nhiệm phát triển hệ thống đẩy.
Những người tham gia chương trình phải hình thành hình ảnh tối ưu về con tàu trong tương lai, cũng như thực hiện nó dưới dạng một dự án chính thức. Đồng thời, cần phải giải quyết rất nhiều vấn đề kỹ thuật các loại. Vì vậy, theo các điều khoản tham chiếu, Buran trong tương lai lẽ ra phải được chế tạo có người lái, nhưng nó đã được lên kế hoạch sử dụng chế độ lái tự động với nhiều chức năng. Con tàu được cho là có chế độ bay, hạ cánh và hạ cánh tự động.
"Buran" sau chuyến bay đầu tiên. Ảnh của NPO Molniya
Nói chung, sự phát triển của các hệ thống điều khiển được chia thành một số lĩnh vực chính. Đầu tiên liên quan đến việc phát triển bánh lái và các hệ thống liên quan cho tàu lượn được thiết kế để bay trong khí quyển. Nhiệm vụ thứ hai là tạo ra một tổ hợp động cơ shunt để làm việc trong không gian. Trong khuôn khổ của hướng thứ ba, thiết bị điện tử trên tàu, công cụ máy tính và phần mềm cho chúng đã được phát triển. Những quỹ này được cho là để cung cấp quyền kiểm soát hoạt động của các hệ thống kiểm soát khác.
Thiết kế của tất cả các hệ thống đã được hoàn thành vào nửa đầu những năm tám mươi. Điều này giúp có thể bắt đầu chế tạo máy bay tương tự BTS-002 cho các thử nghiệm tiếp theo trong khí quyển. Ngoài ra, việc chế tạo một con tàu vũ trụ chính thức đã bắt đầu.
Kiểm soát khí động học
"Buran" được chế tạo theo sơ đồ "không đuôi" với cánh châu thổ nằm thấp, có độ quét thay đổi của mép trước. Có một cái sống ở phần đuôi của thân máy bay. Với hình dạng khí động học như vậy, máy bay quỹ đạo có thể thực hiện chuyến bay lượn trong bầu khí quyển, điều cần thiết để hạ cánh thông thường.
Đuôi của "Buran". Có thể nhìn thấy rõ sống tàu với bánh lái, khối động cơ điều khiển và định hướng, thang máy và tấm chắn cân bằng. Ảnh của Wikimedia Commons
Để kiểm soát cuộc đổ bộ, "Buran" nhận được các phương tiện khá đơn giản và quen thuộc. Các thang máy diện tích lớn được đặt trên mép sau của cánh: độ lệch đồng bộ hoặc vi sai của chúng giúp có thể điều khiển cuộn và cao độ. Giữa các thang máy, trên đuôi thân máy bay từ bên dưới, cái gọi là được đặt. lá chắn thăng bằng. Với sự trợ giúp của nó, khả năng điều khiển ở tốc độ siêu thanh và siêu thanh đã được cải thiện. Trên keel là bánh lái. Nó bao gồm hai phần thẳng đứng đối xứng có thể phân kỳ sang hai bên và thực hiện nhiệm vụ của phanh hơi.
Tất cả các bề mặt lái đều được dẫn động bằng thủy lực. Để cải thiện độ tin cậy, Buran đã nhận được ba hệ thống thủy lực độc lập với máy bơm, đường ống riêng, v.v. Các bộ truyền động thủy lực chịu trách nhiệm điều khiển bánh lái được điều khiển từ xa bằng tín hiệu điện từ hệ thống điều khiển chính.
Điều khiển trong không gian
Đối với công việc, điều động và định hướng trên quỹ đạo, Buran đã nhận được cái gọi là. hệ thống đẩy tích hợp (APU). Nó bao gồm hai động cơ duy trì với lực đẩy 90 kN mỗi động cơ ở đuôi. Con tàu cũng nhận được 38 động cơ điều khiển và 8 động cơ định hướng chính xác. Các đơn vị này được đặt trong thân máy bay phía trước với các vòi ở phía trên và hai bên, cũng như trong hai tấm vải che đuôi đặc trưng.
Truyền động thủy lực của một trong các bánh lái khí động học. Ảnh của Wikimedia Commons
Công việc chính trên quỹ đạo được giao cho các động cơ điều khiển loại 17D15. Chúng được đặt ở các phần khác nhau của khung máy bay và được định hướng theo các hướng khác nhau. Khi bật một số động cơ nhất định trong thời gian cần thiết, phi hành đoàn hoặc hệ thống lái tự động phải thay đổi hướng của con tàu. Ngoài ra, các động cơ điều khiển có thể sao chép các động cơ diễu hành, nhưng làm giảm hiệu suất.
Sản phẩm 17D15 là động cơ tên lửa khí-lỏng chạy bằng nhiên liệu hydrocarbon và oxy. Lực đẩy của một sản phẩm như vậy đạt 4 kN với xung cụ thể lên tới 290-295 giây. Trong suốt chuyến bay, động cơ có thể bật tới 2 nghìn lần. Tổng tài nguyên là 26 nghìn bao gồm.
Động cơ định hướng có thiết kế tương tự động cơ điều khiển, nhưng khác ở kích thước nhỏ hơn và các đặc điểm khác. Lực đẩy của nó chỉ đạt 200 N với một xung cụ thể là 265 giây. Đồng thời, 5 nghìn lần đưa vào được cho phép trên mỗi chuyến bay. Do lực đẩy thấp hơn, con tàu được định hướng chính xác hơn trong không gian, đủ để thực hiện một số công việc nhất định.
Việc kiểm soát ODE được thực hiện tập trung với sự trợ giúp của các công cụ thích hợp. Hoạt động của quá trình cài đặt được kiểm soát bởi phi hành đoàn và / hoặc tự động hóa, tùy thuộc vào các hoạt động và nhiệm vụ được thực hiện.
Buồng lái giả lập phi hành đoàn. Ảnh của Wikimedia Commons
Tổ hợp máy tính
Một hệ thống điều khiển phức tạp nhất đã được tạo ra cho Buran, đảm bảo các chuyến bay ở mọi chế độ và giải pháp cho các nhiệm vụ phụ trợ, thực hiện các hoạt động khoa học hoặc thực tiễn, v.v. Nó bao gồm hơn 1250 thiết bị và thiết bị khác nhau, công cụ máy tính kỹ thuật số, cũng như nhiều tuyến cáp, v.v. Các thiết bị khác nhau từ hệ thống điều khiển được phân bổ gần như khắp khung máy bay của con tàu.
Cơ sở của hệ thống điều khiển là tổ hợp máy tính trung tâm trên bo mạch (OCCC), được chia thành hai hệ thống, trung tâm và ngoại vi. Mỗi hệ thống như vậy được xây dựng trên cơ sở hai máy tính BISER-4. Kiến trúc như vậy của máy tính kỹ thuật số tích hợp đảm bảo độ tin cậy cao và khả năng chịu lỗi của toàn bộ tổ hợp. Sản phẩm BISER-4 do NPTsAP họ phát triển. Viện sĩ Pilyugin là một cỗ máy 32 bit với hiệu suất CPU là 37x104 op./giây. Công suất tiêu thụ - 270 W, trọng lượng - 34 kg.
BTsVK đã thu thập và xử lý dữ liệu từ các cảm biến, công cụ và hệ thống khác nhau. Ông chịu trách nhiệm điều hướng trong không gian và trong khí quyển, kiểm soát tình trạng của các bộ phận và cụm lắp ráp, trao đổi dữ liệu với các cơ sở mặt đất của khu phức hợp, v.v. Tổ hợp cũng kiểm soát hoạt động của bánh lái khí động học và ODU. Ở chế độ điều khiển chuyến bay thủ công, BTsVK được cho là chuyển đổi hành động của phi hành đoàn thành lệnh cho các bộ truyền động. Chế độ tự động được cung cấp cho công việc hoàn toàn độc lập.
Đối với BTsVK, phần mềm gốc được tạo dưới dạng hệ điều hành và một bộ chương trình bổ sung. Tổng số lượng phần mềm nổi bật vào thời điểm đó - khoảng. 100 MB.
Sơ đồ hệ thống điều khiển. Đồ họa Buran.ru
Tổ hợp phần mềm đảm bảo hoạt động của phần cứng, sự tương tác của máy tính kỹ thuật số trên bo mạch với các thiết bị khác nhau, v.v. Trong số những thứ khác, nó đã triển khai các thuật toán điều khiển chuyến bay tự động ở mọi chế độ. Mối quan tâm đặc biệt là khả năng tự động hạ cánh khỏi quỹ đạo, bay trong khí quyển và hạ cánh tại một sân bay nhất định. Điều gây tò mò là ban đầu chỉ có chế độ hạ cánh tự động được cung cấp. Hướng dẫn sử dụng được thêm vào sau đó với sự khăng khăng của khách hàng.
Thực tế đã được chứng minh
Năm 1984, NPO Molniya, với sự hỗ trợ của những người tham gia khác trong dự án Buran, đã chế tạo một chiếc máy bay tương tự BTS-002, còn được gọi là OK-GLI hoặc "0.02". Nó là bản sao của một chiếc máy bay quỹ đạo, được sửa đổi để cất cánh ngang và bay trong khí quyển. BTS-02 gần như lặp lại hoàn toàn thiết kế của Buran và có tất cả các điều khiển cần thiết, hệ thống máy tính, v.v. Đồng thời, nó được trang bị động cơ phản lực.
Vào ngày 10 tháng 1985 năm 002, các nhà du hành vũ trụ Igor Volk và Rimantas Stankevičius lần đầu tiên đưa BTS-1985 lên không trung. Vào tháng 16 năm sau, trong chuyến bay thứ tư, lần đầu tiên thử nghiệm lập kế hoạch bán tự động - các phi công vẫn giữ quyền điều khiển máy bay, nhưng một số nhiệm vụ đã được chuyển sang tự động hóa. Vào cuối năm 1987, các thử nghiệm đã được thực hiện với chuyến bay tự động đến sân bay; điều khiển thủ công chỉ được bật trước khi chạm vào. Cuối cùng, vào ngày 002 tháng 1988 năm XNUMX, trong chuyến bay thứ mười, BTS-XNUMX đã tự hạ cánh lần đầu tiên. Cho đến mùa xuân năm XNUMX, hơn chục chuyến bay tương tự đã được hoàn thành để kiểm tra các hệ thống và thuật toán.
Thiết bị điều hướng quán tính con quay hồi chuyển Sh300 (ở phía trước), được tạo cho Buran. Ảnh của Wikimedia Commons
Cuối cùng, vào ngày 15 tháng 1988 năm XNUMX, chuyến bay vũ trụ đầu tiên và duy nhất của quỹ đạo Buran đã diễn ra. Sau hai vòng quay quanh hành tinh, con tàu tự động hạ độ cao và hạ cánh xuống sân bay Baikonur. Ở giai đoạn hạ cánh, BTsVK nhận dữ liệu về điều kiện thời tiết tại sân bay từ các cơ sở mặt đất, đánh giá chính xác chúng và thực hiện một cuộc điều động bất ngờ. "Buran" đã độc lập xây dựng cách tiếp cận tối ưu và thực hiện cú hạ cánh ngược gió.
Công nghệ của quá khứ
Thật không may, chuyến bay vào vũ trụ đầu tiên của Buran vẫn là chuyến bay duy nhất. Trong tương lai, vì một số lý do, phần lớn trong số đó không thể gọi là mục tiêu, chương trình Energia-Buran đã bị cắt giảm và nhiều công việc không được tiếp tục. Các mẫu quỹ đạo, khí quyển và các mẫu khác của con tàu đã đến bến đỗ vĩnh cửu, và một số mẫu may mắn trở thành vật trưng bày trong bảo tàng.
Tuy nhiên, ngay cả với kết quả này, chương trình Buran táo bạo và đầy hứa hẹn đã cho thấy tiềm năng của nó. Ngành công nghiệp Liên Xô đã chứng minh khả năng phát triển thiết bị như vậy và ít nhất là đưa nó vào thử nghiệm. Sử dụng các công nghệ và thành phần có sẵn và mới được phát triển, các doanh nghiệp của chúng tôi đã có thể tạo ra một hệ thống không gian với các khả năng độc đáo.
Tuy nhiên, trong tương lai, kinh nghiệm của dự án Buran, bao gồm. trong bối cảnh của các hệ thống điều khiển, nói chung vẫn chưa được công nhận. Trong những năm đầu tiên hoặc nhiều thập kỷ sau lần ra mắt duy nhất của Energia-Buran, ngành công nghiệp không có cơ hội phát triển đầy đủ theo hướng này. Sau đó, các công nghệ mới và cơ sở phần tử tiên tiến hơn xuất hiện với tiềm năng lớn hơn nhiều.
tin tức