"Вестник РКЦ": Команда ракетостроителей Самарского университета

Уникальное студенческое КБ "RocketLAV" работает в Самарском университете. Студенты 2-5 курсов создают экспериментальные модели ракет и запускают их на высоту до трех километров. А еще хотят сотрудничать с РКЦ "Прогресс".

В 2011 году студенты Самарского университета получили возможность принять участие в международном форуме C’Space, которое ежегодно проводится во Франции под эгидой Французского космического агентства (CNES). Этот форум посвящен запуску студенческих экспериментальных моделей ракет и атмосферных зондов. К этому мероприятию студенты нашего университета изготовили, а затем на форуме запустили модель РН "Союз". С того времени представители Самарского университета ежегодно принимают участие в этом фестивале. 

В 2016 году в авиамодельное студенческое конструкторское бюро Самарского университета пришла команда первокурсников: Антон Полтораднев, Алексей Ким и Владимир Ковалев. В течение года они реализовали проект одноступенчатой модели ракеты и продемонстрировали ее запуск на форуме "C’Space-2017". По приезду домой, вдохновившись опытом, полученным на форуме, ребята стали развивать это направление в университете. В 2018 году было образовано студенческое конструкторское бюро (СКБ), которое назвали "RocketLAV".

Студенческое КБ работает на производственной площадке авиамодельного студенческого конструкторского бюро. С недавнего времени они получили помещение на базе кафедры "Динамика полета" Самарского университета, где располагается лаборатория по бортовым электронным системам. Структурно СКБ подчиняемся управлению внеучебной работы Самарского университета, которое курирует студенческие кружки, научно-технические объединения Института ракетно-космической техники (бывший I факультет).

Сейчас в СКБ "RocketLAV" 27 студентов в составе семи студенческих команд, которые ведут семь проектов, причем из них только четыре по ракетной тематике. Один из них — проект "Capella" для форума "C’Space-2020", который не состоялся в этом году из-за пандемии. Проект готовили руководитель СКБ студент пятого курса Антон Полтораднев, технический руководитель проекта студент пятого курса Александр Борменский, сооснователь объединения, инженер в проекте "Capella" пятикурсник Алексей Ким и студент второго курса Даниил Вельможен, который в проекте "Capella" изготавливает детали ракеты и занимается расчетами. 

На многочисленные вопросы "Вестника РКЦ" ответил Антон Полтораднев.

— Студенты после выпуска покидают стены родного университета и все студенческие объединения. Как вы пополняете ряды своего объединения единомышленниками?

— Каждый новый учебный год наш коллектив пополняется первокурсниками. Ежегодно проходит университетское мероприятие — "Фестиваль студенческих объединений", когда новичков знакомят со всеми молодежными объединениями университета. На этом мероприятии мы всегда представлены. К нам приходит довольно много молодых людей из разных факультетов. В этом году пришло порядка 55 человек. Мы хотели бы взять всех, но понимаем, что не сможем дать каждому возможность реализовать собственный проект. В этом году раздали тестовое задание, в котором обозначили конкретную задачу. Кто успешно справится с ней, того мы и возьмем. 

— Перейдем к технике! Расскажите о конструкции и летных характеристиках ракет, изготавливаемых вами.

— СКБ "RocketLAV" занимается созданием экспериментальных моделей ракет из композитных материалов, а для некоторых ракет вдобавок используются силовые элементы из дюралюминиевых сплавов. Длина наших ракет варьируется от 1 до 2,5 м. Наши студенты изготавливают полностью всю ракету, кроме двигательной установки. Каждый ракетный проект готовится для определенного мероприятия и решает конкретную задачу. 

— Какая высота полета, на какую дистанцию улетает ракета? 

Высота — от трехсот метров до трех километров. При самом неблагоприятном стечении обстоятельств (если парашют раскрывается в апогее, плюс порывы ветра) ракету может унести на 2,5 км от места запуска.

— Какие двигатели вы используете?

— Двигатели мы сами не производим, используем те, которые предоставляют организаторы мероприятий. К примеру, на мероприятии "Воздушно-инженерная школа "RosCanSat" в городе Владимир, используются маломощные твердотопливные двигатели с суммарным импульсом 100 и 300 Н с, которые обеспечивают небольшую высоту полета. А на мероприятиях во Франции организаторами предоставляются двигатели Pro75 собственного производства для более мощных проектов с суммарным импульсом 3700 Н·с. 

— Как быстро полностью выгорает топливо в ракетах?

У двигателя с импульсом 100 Н·с время горения 2,5 секунды, а у Pro75 — 4-5 секунд.

— Перейдем к пусковой установке. Возите ли вы на мероприятия свою установку или вам ее предоставляют организаторы форумов?

— Пусковые установки-рампы накладывают ряд ограничений на конструкцию ракеты, такие как максимальный размах стабилизатора и т.д.. Когда мы работаем с французами, они присылают нам параметры стартовой рампы. На корпус мы устанавливаем специальный крепежный элемент, который позволяет ракете скользить вдоль направляющей. Это нужно для того, чтобы ракета вышла с пусковой установки в строго определенном направлении и могла дальше совершать стабильный полет. 

Для своих пусков мы используем простую направляющую на растяжках. Для дальнейшего развития объединения мы разработали рампу своей конструкции. Она представляет собой ферменную конструкцию с гидравлическим подъемником, которая будет располагаться на шасси автоприцепа.

— Расскажите об электронной начинке ваших моделей ракет.

— Производителем сенсоров, датчиков, микроконтроллеров является Китай, за редким исключением, когда мы используем отечественные комплектующие. Мы сами разрабатываем электронную схему, плату управления.

— Во время полета ракеты вы отслеживаете телеметрию?

— Да, отслеживаем, хотя это очень не просто. Ракета во время полета вращается, из-за чего приходится использовать специальную всенаправленную антенну. Мы все время дорабатываем и совершенствуем систему телеизмерений. После приземления модели всегда анализируем полученные параметры полета, особенно, если он был аварийным. К примеру, одна из версий ракеты отлетала около 30 раз, благодаря чему был собран большой массив данных, и мы неоднократно вносили изменения в ее конструкцию.

— Какие параметры вы отслеживаете?

Бортовое время полета, высота, которая измеряется с помощью изменения давления (барометром), координаты с помощью GPS и ГЛОНАСС, время отделения ступени, время раскрытия парашюта. Скорость мы высчитываем по полученным результатам эксперимента. Сейчас одна из наших студенческих команд разрабатывает систему, которая напрямую будет замерять изменение скорости (ускорение) полета ракеты. 

На форуме C’Space одним из дополнительных требований было отслеживание углового положения ракеты во время полета. Данную систему мы успешно внедрили в наше изделие.

— Как происходит процессе создания ракеты? 

— Сначала получаем техническое задание на ракету от организаторов мероприятия. В эскизном проекте указываются параметры, системы, которые необходимо учитывать при проектировании. Затем проводится инженерные расчеты на прочность, аэродинамику и баллистику. После расчета становится известна толщина изделия, его силовые элементы. Все наши ракеты изготавливаются из композитных материалов.

Техпроцесс производства у нас одинаковый практически для всех моделей. Сначала изготавливается многоразовая матрица, по которой можно сделать несколько ракет. Матрица состоит из двух половин, внутренняя поверхность каждой смазывается специальным разделительным составом, чтобы ткань вместе со смолой не прилипала к ней. В матрицу укладываются слои ткани, которые пропитываются эпоксидной смолой. Материал кладется с допусками по краям, чтобы впоследствии можно было соединить две половинки корпуса ракеты. На швы обеих половинок наносится клей и ответные матрицы соединяются друг с другом. Внутрь загоняется полиэтиленовый мешок, который надувается с помощью компрессора. Это необходимо для равномерного прижатия ткани к форме, чтобы не было воздушных пузырей между матрицей и материалом и слои ткани хорошо склеились между собой. Потом даем время смоле высохнуть.

Когда заготовка подсохла, извлекаем ее из формы, после чего выполняем мехобработку ее поверхности и покраску. 

Параллельно с изготовлением внешней оболочки ракеты идет работа над силовым набором (шпангоутами и стрингерами). В конце собираем начинку ракеты: к силовым элементам крепим все системы. Итог проведенной работы — летные испытания изделия.

— Расскажите о своем участии в фестивалях и чемпионатах, как российских, так и международных. Каких результатов добилась ваша команда за время своего существования?

— После ознакомительного для нас форума "C’Space-2017", на следующий 2018 год мы реализовали проект запуска двухступенчатой ракеты. Основными требованиями выполнения задания конкурса стали: отделение I ступени и активная фаза полета второй, а также слежение за угловым положением ракеты в пространстве во время запуска II ступени, чтобы она не "запустилась" горизонтально или, что еще хуже, вниз. 

Организаторы форума оценивали, насколько технически сложным был проект, качественно ли он был проведен. Важно было не только провести эксперимент, но и интерпретировать данные телеметрии. 

Полет прошел полностью успешно: ступени разделились, запал второй ступени был активирован, по достижению апогея парашютная система сработала нормально, ступени мягко приземлились, были найдены и эвакуированы, послеполетные данные были обработаны и представлены на суд жюри. По итогам форума СКБ "RocketLAV" было удостоено первой премии CNES.

В 2019 году мы стали лауреатами премии "Prix Espace &Industrie — 2019″ (Париж, Франция). На этой конференции надо было не только рассказать про техническую составляющую своего проекта, но и представить план дальнейшего развития СКБ.

В форумах под эгидой CNES наше СКБ было единственным из России. В основном мы конкурировали с командами французских университетов, но также были представители Австрии, Японии и стран Латинской Америки (Чили и Перу) — всего около 40 команд.

В России тоже ежегодно проводится мероприятие "Воздушная инженерная школа "RosCanSat", которое аналогично французскому C’Space, только в меньших масштабах, но цели перед участниками ставятся те же, что и во Франции. Форум проходит в два этапа. Первый проходит зимой в МГУ имени Ломоносова, на нем необходимо защитить свой проект, чтобы быть допущенным к его реализации. Второй летний этап — сами запуски — проходит во Владимирской области. В 2018 годы мы заняли I место, в 2019 — III место и в октябре 2020 года наша команда вернулась с I местом.

В ноябре 2019 года в Алтайском Государственном университете проходил "Всероссийский конкурс студенческих конструкторских бюро и студенческих научных объединений". Жюри оценивало нас среди 20 СКБ нашей страны. По итогам мы были признаны "Лучшим СКБ России".

Также команды нашего объединения принимают участие в многочисленных профильных научных конференциях, где представляют свои проекты и показывают достойные результаты.

— Какие особенности пусков ракет в холодное время года?

— На морозе материалы становятся более хрупкими. Был случай, когда на морозе треснул корпус ракеты, двигатель сместился и изменил вектор тяги, в результате произошел аварийный взлет. Но, справедливости ради, стоит учесть, что это был шестой полет этой ракеты.

При резкой смене температуры возможно образование дефекта в двигателе, из-за чего может произойти прогар двигателя в сторону или может быть нестабильное горение. Также в ракете используются литий-ионные аккумуляторы, которые боятся отрицательных температур. 

В зимнее время мы стараемся сократить время от установки ракеты на рампу до момента запуска. Ну и еще возникает одна трудность — приходится один-два километра идти по сугробам за приземлившейся ракетой. И это только в одну сторону!

— Планируете ли в будущем изготовить ракету с двигателями на жидком топливе?

Такая идея у нас возникала. Когда мы стали прорабатывать этот вопрос, то выяснилось, что студентам нельзя заниматься такими разработками с правовой точки зрения. Ракеты на жидком топливе очень опасны, и здесь необходимо участие высококвалифицированных специалистов. В будущем мы планируем обратиться на самарские предприятия с предложением о сотрудничестве в создании изделий с ЖРД.

— Недавно вы встречались с генеральным директором РКЦ "Прогресс" Д. А. Барановым. С какими вопросами и предложениями вы приходили? Какие договоренности были достигнуты?

— Приходили мы с целью создания программы поддержки и развития студенческой деятельности в области экспериментального ракетостроения. Мы презентовали обширную программу, руководство РКЦ "Прогресс" заинтересовалось нашей деятельностью и пообещало поддержку. Было бы здорово, если специалисты предприятия перед нами ставили задачи в перспективных направлениях, чтобы мы могли проводить научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу, принося пользу ракетно-космической отрасли.

— Какие у вас планы на будущее?

— По окончанию университета большинство членов нашего объединения планирует работать в РКЦ "Прогресс". Очень важно для нас — сохранить нашу команду! Когда мы придем работать на предприятие, нас могут "раскидать" по отделам и цехам. Да, мы состоимся как специалисты, но мы можем принести больше пользы, если будем работать командой в рамках какого-то экспериментального или научно-исследовательского отдела. Каждый участник нашего коллектива в этом видит лучшее развитие событий! 

С.В. Пронин: "Один из пунктов программы СКБ "RocketLAV" — это помощь в разработке и запуске более мощной студенческой экспериментальной ракеты, которая сможет достичь высоты в десять километров. Мы готовы помочь ребятам в реализации этого проекта, предоставить площадка для размещения производства, оказать помощь в создании пусковой установки, содействовать в получении официальных разрешений на запуск ракеты, оказать небольшую финансовую поддержку". 

Евгений Жданов, Вестник РКЦ, 13.01.2021