Sistemas de control de la nave espacial "Buran"
Sistema Energia-Buran en la plataforma de lanzamiento. Foto de NPO Molniya
El 15 de noviembre de 1988 tuvo lugar el primer y único vuelo orbital de la nave espacial reutilizable soviética Buran. Con la ayuda del vehículo de lanzamiento Energia, la nave entró en órbita, realizó dos órbitas y regresó a la Tierra, luego de realizar un aterrizaje horizontal en el aeródromo. El vuelo fue completamente automático utilizando controles únicos a bordo.
tareas dificiles
El desarrollo de un prometedor sistema de transporte espacial y cohete reutilizable, que resultó en la aparición de Buran, comenzó en 1976. La NPO Molniya, especialmente creada, encabezada por el diseñador general G.E. Lozino-Lozinsky. Docenas de otras organizaciones científicas y de diseño también participaron en el proyecto. Por ejemplo, la Oficina de Diseño de Automatización Química (Voronezh) y el Instituto de Investigación de Ingeniería Mecánica (Nizhnyaya Salda) fueron responsables del desarrollo del sistema de propulsión.
Los participantes del programa tuvieron que formar la imagen óptima del futuro barco, así como implementarlo en forma de un proyecto completo. Al mismo tiempo, fue necesario resolver muchos problemas técnicos de varios tipos. Entonces, de acuerdo con los términos de referencia, el futuro Buran debería haber sido tripulado, pero se planeó usar un piloto automático con funciones amplias. Se suponía que la nave tenía un modo automático de vuelo, descenso y aterrizaje.
"Buran" después del primer vuelo. Foto de NPO Molniya
En general, el desarrollo de los sistemas de control se dividió en varias áreas principales. El primero involucró el desarrollo de timones y sistemas relacionados para un planeador diseñado para volar en la atmósfera. La segunda tarea fue la creación de un complejo de motores de maniobra para el trabajo en el espacio. En el marco de la tercera dirección, se desarrollaron la electrónica de a bordo, las herramientas informáticas y el software para ellos. Se suponía que estos fondos proporcionarían control sobre el funcionamiento de otros sistemas de control.
El diseño de todos los sistemas se completó en la primera mitad de los años ochenta. Esto permitió iniciar la construcción de la aeronave analógica BTS-002 para posteriores pruebas en la atmósfera. Además, ha comenzado la construcción de una nave espacial completa.
Control aerodinámico
"Buran" se construyó de acuerdo con el esquema "sin cola" con un ala delta baja, que tenía un barrido variable del borde de ataque. Había una quilla en la sección de cola del fuselaje. Con tal forma aerodinámica, el avión orbital podría realizar un vuelo de planeo en la atmósfera, lo que se requería para un aterrizaje regular.
La cola del "Buran". La quilla con timón, bloques de motor de control y orientación, alvéolos y escudo de equilibrio son claramente visibles. Foto de Wikimedia Commons
Para controlar el aterrizaje, "Buran" recibió medios bastante simples y familiares. Se colocaron elevones de área grande en el borde de fuga del ala: su desviación síncrona o diferencial hizo posible controlar el balanceo y el cabeceo. Entre los elevones, en la cola del fuselaje desde abajo, colocaron los llamados. escudo de equilibrio. Con su ayuda, se mejoró la capacidad de control a velocidades supersónicas e hipersónicas. En la quilla estaba el timón. Consistía en dos partes verticales simétricas que podían divergir hacia los lados y realizar las tareas de un freno de aire.
Todas las superficies de dirección fueron impulsadas hidráulicamente. Para mejorar la confiabilidad, Buran recibió tres sistemas hidráulicos independientes con sus propias bombas, tuberías, etc. Los actuadores hidráulicos responsables de impulsar los timones se controlaban de forma remota mediante señales eléctricas de los principales sistemas de control.
Control en el espacio
Para el trabajo, las maniobras y la orientación en órbita, Buran recibió el llamado. sistema de propulsión integrado (APU). Incluía dos motores sustentadores con un empuje de 90 kN cada uno en la cola. El barco también recibió 38 motores de control y 8 motores de orientación de precisión. Estas unidades se colocaron en el fuselaje delantero con boquillas en la parte superior y en los lados, así como en dos característicos obenques de cola.
Accionamiento hidráulico de uno de los timones aerodinámicos. Foto de Wikimedia Commons
El trabajo principal en órbita se asignó a los motores de control del tipo 17D15. Estaban ubicados en diferentes partes del fuselaje y estaban dirigidos en diferentes direcciones. Encendiendo ciertos motores por el tiempo requerido, la tripulación o el piloto automático tenían que cambiar la orientación del barco. Además, los motores de control podrían duplicar los motores de marcha, pero con una pérdida de rendimiento.
El producto 17D15 era un motor cohete de gas-líquido propulsado por combustible de hidrocarburo y oxígeno. El empuje de uno de estos productos alcanzó los 4 kN con un impulso específico de hasta 290-295 segundos. Durante el vuelo, el motor podía encenderse hasta 2 mil veces. El recurso total es de 26 mil inclusiones.
El motor de orientación era similar en diseño al motor de control, pero difería en dimensiones más pequeñas y otras características. Su empuje alcanzó solo 200 N con un impulso específico de 265 segundos. Al mismo tiempo, se permitieron 5 mil inclusiones por vuelo. Debido al menor empuje, se proporcionó una orientación más precisa de la nave en el espacio, suficiente para realizar ciertos trabajos.
El control de la ODE se llevó a cabo de forma centralizada con la ayuda de instrumentos apropiados. El funcionamiento de la instalación estaba controlado por la dotación y/o automatización, en función de las actividades y tareas realizadas.
Cabina del simulador de tripulación. Foto de Wikimedia Commons
complejo de computación
Se creó un sistema de control complejísimo para el Buran, que asegura vuelos en todos los modos y la solución de tareas auxiliares, la implementación de actividades científicas o prácticas, etc. Incluía más de 1250 dispositivos y dispositivos diferentes, herramientas informáticas digitales, así como numerosas rutas de cable, etc. Varios dispositivos del sistema de control se distribuyeron casi por todo el fuselaje de la nave.
La base del sistema de control era el complejo informático central a bordo (OCCC), dividido en dos sistemas, central y periférico. Cada uno de estos sistemas se construyó sobre la base de dos computadoras BISER-4. Tal arquitectura de la computadora digital a bordo aseguró una alta confiabilidad y tolerancia a fallas del complejo en su conjunto. Producto BISER-4 desarrollado por NPTsAP ellos. El académico Pilyugin era una máquina de 32 bits con un rendimiento de CPU de 37x104 op./seg. Consumo de energía - 270 W, peso - 34 kg.
BTsVK recopiló y procesó datos de varios sensores, herramientas y sistemas. Era responsable de la navegación en el espacio y en la atmósfera, controlaba el estado de componentes y conjuntos, intercambiaba datos con las instalaciones terrestres del complejo, etc. El complejo también controlaba la operación de timones aerodinámicos y ODU. En el modo de control de vuelo manual, se suponía que el BTsVK convertía las acciones de la tripulación en comandos para los actuadores. El régimen automático preveía un trabajo completamente independiente.
Para BTsVK, se creó el software original en forma de un sistema operativo y un conjunto de programas adicionales. La cantidad total de software estaba pendiente en ese momento: aprox. 100MB
Diagrama esquemático de los sistemas de control. Gráficos Buran.ru
El paquete de software aseguró el funcionamiento del hardware, la interacción de la computadora digital a bordo con varios dispositivos, etc. Entre otras cosas, implementó algoritmos de control de vuelo automático en todos los modos. De particular interés es la posibilidad de descenso automático desde la órbita, vuelo en la atmósfera y aterrizaje en un aeródromo determinado. Es curioso que originalmente solo se proporcionó un modo de aterrizaje automático. Manual añadido posteriormente por insistencia del cliente.
Probado por la práctica
En 1984, NPO Molniya, con la ayuda de otros participantes en el proyecto Buran, construyó un avión analógico BTS-002, también conocido como OK-GLI o "0.02". Era una copia de un avión orbital, modificado para despegue horizontal y vuelo en la atmósfera. BTS-02 repitió casi por completo el diseño del Buran y tenía todos los controles necesarios, un sistema informático, etc. Al mismo tiempo, estaba equipado con motores turborreactores.
El 10 de noviembre de 1985, los cosmonautas Igor Volk y Rimantas Stankevičius llevaron el BTS-002 al aire por primera vez. En junio del año siguiente, en el cuarto vuelo, se probó por primera vez la planificación semiautomática: los pilotos mantuvieron el control de la aeronave, pero algunas de las tareas se transfirieron a la automatización. A fines de 1985, se realizaron experimentos con vuelo automático al aeródromo; el control manual se encendió solo antes de tocar. Finalmente, el 16 de febrero de 1987, en el décimo vuelo, el BTS-002 aterrizó por sí solo por primera vez. Hasta la primavera de 1988, se completaron más de una docena de vuelos similares para probar sistemas y algoritmos.
Dispositivo giroscópico de navegación inercial Sh300 (en primer plano), creado para el Buran. Foto de Wikimedia Commons
Finalmente, el 15 de noviembre de 1988 tuvo lugar el primer y único vuelo espacial del orbital Buran. Después de dos órbitas alrededor del planeta, la nave descendió automáticamente y aterrizó en el aeródromo de Baikonur. En la etapa de aterrizaje, el BTsVK recibió datos sobre las condiciones climáticas en el aeródromo desde las instalaciones de tierra, las evaluó correctamente y realizó una maniobra inesperada. "Buran" construyó de forma independiente un enfoque óptimo y realizó un aterrizaje contra el viento.
Tecnologia del pasado
Desafortunadamente, el primer vuelo espacial de Buran siguió siendo el único. En el futuro, por una serie de razones, la mayor parte de las cuales de ninguna manera pueden llamarse objetivas, el programa Energia-Buran se redujo y no se reanudó más trabajo. Las muestras orbitales, atmosféricas y de otro tipo de la nave fueron al estacionamiento eterno, y algunas tuvieron la suerte de convertirse en una exhibición de museo.
Sin embargo, incluso con este resultado, el audaz y prometedor programa Buran mostró su potencial. La industria soviética ha demostrado su capacidad para desarrollar dicho equipo y llevarlo al menos a prueba. Usando tecnologías y componentes disponibles y recientemente desarrollados, nuestras empresas han podido crear un sistema espacial con capacidades únicas.
Sin embargo, en el futuro, la experiencia del proyecto Buran, incl. en el contexto de los sistemas de control, en su conjunto permaneció sin reclamar. En los primeros años o décadas posteriores al único lanzamiento de Energia-Buran, la industria no tuvo la oportunidad de desarrollar plenamente esta dirección. Luego aparecieron nuevas tecnologías y una base de elementos más avanzada con un potencial mucho mayor.
información