Современное состояние и пути развития экспериментально-испытательной базы в обеспечение отработки ЖРД, ДУ ЖРД и проведения ТВИ КА

УДК 621.454

Современное состояние и пути развития экспериментально-испытательной базы в обеспечение отработки ЖРД, ДУ ЖРД и проведения ТВИ КА

The current state and development ways of the experimental and test capabilities to ensure the improvement of LPRE, LPRE propulsion systems and carrying out of space vehicles thermal vacuum tests

Экспериментально-испытательная база ракетно-космической промышленности (РКП) базируется на испытательной базе головных НИИ и НИО отрасли, испытательной базе головных конструкторских бюро – разработчиков ракет-носителей (РН) и космических аппаратов (КА), испытательной базе конструкторских бюро – разработчиков систем РН и КА, заводов-изготовителей серийной продукции.

Современная экспериментально-испытательная база РКП обеспечила отработку жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), двигательных установок (ДУ) и проведение тепловакуумных испытаний КА и их тепловых макетов, что позволило успешно реализовать все космические программы предыдущего периода и является достаточно эффективным и действенным инструментом достижения необходимого уровня надежности разрабатываемой ракетно-космической техники (РКТ). На стендах экспериментально-испытательной базы РКП в свое время прошли отработку практически все изделия, создаваемые в отрасли [1–3].

В настоящее время экспериментальная база РКП, включающая свыше 1500 испытательных стендов и установок, требует совершенствования, модернизации и развития. Основное количество стендов и установок находится на 44 предприятиях отрасли.

Оптимальное развитие экспериментально-исследовательского и опытно-конструкторского потенциала РКП требует концентрации экспериментального оборудования и средств для проведения испытаний систем и составных частей комплексов на двух центральных площадках – АО «ЦНИИмаш» и ФКП «НИЦ РКП», и двух региональных – АО «РКЦ Макеева» (г. Миасс Челябинской области) и АО «ИСС» (г. Железногорск Красноярского края).

При этом:

в АО «ЦНИИмаш» сосредоточены стенды и установки для научных исследований и комплексных испытаний РН, разгонных блоков (РБ) и КА и их составных частей по направлениям аэрогазодинамики, теплообмена, газодинамики старта, динамики и прочности конструкций, а также стенды для контрольной проверки полетных заданий средств выведения КА;

в ФКП «НИЦ РКП», крупнейшем в России центре наземной отработки и оценки качества РКТ, сосредоточены стенды для экспериментальной отработки [4–5]:

• жидкостных ракетных двигателей и двигательных установок ступеней РН, РБ и КА;
• наземного технологического оборудования стартовых и технических комплексов;
• проведения тепловакуумных испытаний изделий РКТ и их составных частей;
• газодинамики старта на крупномасштабных моделях;

в АО «ГРЦ Макеева» сосредоточены стенды для проведения гидрогазодинамических испытаний, а также испытаний в условиях вакуума и невесомости, физико-математического моделирования старта и полёта, прочностных, вибрационных, ударных, акустических, климатических испытаний, для отработки на спецстойкость и испытаний антенно-фидерных устройств разрабатываемых, модернизируемых и серийных изделий, создаваемых по тематике предприятия;

в АО «ИСС» сосредоточены стенды для отработки автоматических КА и их составных частей на внешние воздействия (прочностные испытания, термовакуумные воздействия, имитация невесомости при испытаниях трансформируемых механических систем и другие), в том числе стенды для отработки крупногабаритных трансформируемых конструкций (рефлекторов антенн, солнечных батарей и других типов механических систем), прецизионных электромеханических устройств автоматических КА, испытательных средств для определения радиотехнических характеристик антенных систем как автономно, так и в составе автоматических КА.

Испытательная база ФКП «НИЦ РКП» представлена 63 испытательными стендами (в составе 102 рабочих мест), из них – 39 стендов находятся в режиме функционирования; 12 – на реконструкции; 10 – не загружены; 2 – на среднесрочной остановке.

На стендах ФКП «НИЦ РКП» проведена наземная отработка практически всех созданных в России ЖРД, ДУ, КА, агрегатов и систем.

Большинство испытательных стендов ФКП «НИЦ РКП» созданы в 50–60-е годах прошлого века в период бурного развития РКТ, когда номенклатура разрабатываемых изделий значительно превышала современный уровень и ежегодно проводилось более двух тысяч испытаний.

Сегодня, в связи с уменьшением номенклатуры вновь разрабатываемой РКТ, такого количества стендов не требуется, и, следовательно, существует настоятельная необходимость определить востребованность стендовой базы.

Средняя загрузка стендовой базы ФКП «НИЦ РКП» в 2017–2020 годах составила около 50%. Более 40% стендов не загружены или загрузка их составляет менее 10%.

Особенностью испытательной базы ФКП «НИЦ РКП» является её применение на завершающих этапах опытно-конструкторских работ (ОКР), в связи с чем стенды работают в режиме с продолжительными периодами ожиданий применения по целевому назначению, что, в свою очередь требует проведения комплекса мероприятий по поддержанию как технических характеристик стендового оборудования на требуемом уровне, так и профессионального уровня испытателей.

За рубежом для решения данной проблемы приняты нормативы минимального финансового обеспечения ЭИБ за счёт государственных средств для их поддержания в рабочем состоянии (ремонтные, восстановительные работы и др.) из расчёта 1,5–2,5% от «восстановительной стоимости» (replacement cost) ЭИБ. В качестве «восстановительной стоимости» рассматривается цена, в которую обошлась бы замена имеющихся испытательных активов на новые. При этом активы оцениваются не по их балансовой стоимости с учётом амортизации, а по ценам создания аналогичного оборудования на текущий момент, т.е. в ценах текущего года. Данная методика обеспечивает ежегодное увеличение финансирования на содержание ЭИБ за счёт индексации восстановительной стоимости специализированных испытательных средств.

Таким образом, предполагается целесообразным распространить такой опыт государственной финансовой поддержки содержания стендов и установок, необходимых для наземной экспериментальной отработки перспективных изделий РКТ, но недозагруженных в настоящее время испытаниями и поддержания квалификации испытателей на современном уровне.

В соответствии с Федеральной космической программой России на 2016–2025 годы (ФКП), Стратегией развития Государственной корпорации по космической деятельности «Роскосмос» на период до 2025 г. и перспективу до 2030 г. предусмотрено создание современных космических комплексов и изделий с новыми тактико-техническими характеристиками (РН «Ангара-А5», РН «Ангара-А5В», РН «Союз-5», РН «Союз-6», РН СТК, КА негерметичного исполнения с увеличенными сроками эксплуатации).

В процессе создания перечисленных изделий в соответствии с действующей методологией обязательным этапом является их экспериментальная отработка. При этом ЭИБ должна обеспечивать создание условий испытаний, максимально приближенных к реальным условиям работы ЖРД и ДУ для создаваемых средств выведения и КА.

В обеспечение наземной отработки перспективных изделий РКТ ФКП «НИЦ РКП» в рамках государственных программ и в порядке, предусмотренном Правилами осуществления капитальных вложений в объекты государственной собственности Российской Федерации за счет средств федерального бюджета, проводит мероприятия по реконструкции и техническому перевооружению объектов на предприятии:

• в рамках ОКР «Феникс» ФКП «НИЦ РКП» приступило к подготовке экспериментально-испытательной базы к проведению холодных стендовых и огневых стендовых испытаний блоков первой и второй ступеней РН «Союз-5» с готовностью принятия объекта испытаний 15.05.2022;
• в рамках подпрограммы «Создание космического ракетного комплекса сверхтяжелого класса на 2020–2030 годы» в ФКП «НИЦ РКП» реализуется ряд инвестиционных проектов и опытно-конструкторских работ по созданию стендовой базы для отработки ЖРД и ДУ с имитацией высотных условий штатной эксплуатации. Необходимость стенда определена требованием к отработке двигателя РД-0146Д и РБ тяжелого класса (КВТК) для РН «Ангара - А5». Срок реализации: 2024–2028 годы.

Кроме того, в настоящее время по поручению Госкорпорации «Роскосмос» ФКП «НИЦ РКП» готовит обосновывающие материалы по инвестиционному проекту «Реконструкция, восстановление и техническое перевооружение комплекса КИ-2 с камерой вертикальных испытаний КВИ-8500 для проведения тепловакуумных испытаний крупногабаритных космических аппаратов».

Реализация инвестиционного проекта предполагается в рамках Государственной программы Российской Федерации «Космическая деятельность России», подпрограмма «Развитие космической ядерной энергетики России» (ОКР «Нуклон», ФГУП «КБ «Арсенал»).

Успешная реализация всех вышеперечисленных проектов позволит ФКП «НИЦ РКП» на период до 2030 года и более долгосрочную перспективу обеспечить своевременную наземную экспериментальную отработку серийных и перспективных изделий РКТ, их составных частей и агрегатов в полном объеме и с требуемым качеством, в том числе в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным.

Общим проблемным вопросом реализации отдельных инвестпроектов является необходимость корректировки их сроков из-за неритмичности или отсутствия финансирования.

Еще одним важным направлением развития ЭИБ является создание современных информационно-управляющих систем (ИУС) и систем аварийной защиты (САЗ).

С 1995 года ФКП «НИЦ РКП» создаёт системы управления и системы аварийной защиты на базе специализированных модулей и блоков ввода/вывода и семейства сетевых индустриальных контроллеров СИКОН (совместная разработка ФКП «НИЦ РКП» и ООО «Компекс-Т», г. Москва). Особенностью систем управления и аварийной защиты разработки ФКП «НИЦ РКП» является высокий технический уровень, надёжность (дублированное и троированное исполнение), быстродействие (время реакции на аварийную ситуацию не более 40 мс) и функциональность, которая выражается в возможности контролировать десятки аварийных параметров с одновременной реализацией задач управления изделием и стендом по сотням параметров [4–5].

Одним из перспективных путей совершенствования стендовых информационно-управляющих систем и систем аварийной защиты является разработка интеллектуальных периферийных модулей, обеспечивающих связь с объектом испытания. Наличие в составе таких модулей собственных процессоров позволяет решать задачи приема сигналов от датчиков и формирования управляющих воздействий на исполнительные органы объекта управления на нижнем уровне (без участия центрального контроллера), обеспечивая повышение надежности и качества управления и регулирования параметров ЖРД при стендовых испытаниях.

Еще одна актуальная проблема – управление качеством изделий РКТ, связанная с увеличением сложности и наукоёмкости изделий РКТ.

Повышение требований к качеству диктуется необходимостью обеспечения конкурентоспособности продукции головных предприятий-изготовителей ракетно-космической отрасли России на мировом рынке космических услуг [6, 7].

Возможность достижения оптимального соотношения между затратами и получаемым качеством изделий РКТ приводит к необходимости создания новых концептуальных подходов формирования данных о материальных и информационных потоках производства в интегрированной информационной среде исследований, проектирования, испытаний и эксплуатации.

В целях реализации такого подхода ФКП «НИЦ РКП» разработан и подан для включения в перечень базовых и критических технологий на период до 2033 года проект паспорта базовой критической технологии «Технология автоматизированного контроля качества ЖРД и ДУ ракет-носителей, разгонных блоков и космических аппаратов», разработка которой предполагается в рамках ОКР «Центр АСКК».

Новизна технологии заключается в создании отраслевой автоматизированной системы организационных, методических и технических средств, обеспечивающих оперативное получение количественных и качественных характеристик изделий на всех этапах их жизненного цикла.

Реализация предложения ФКП «НИЦ РКП» позволит существенно повысить технико-экономическую эффективность разработки и эксплуатации ракетно-космических систем, снизить аварийность при проведении испытаний за счет внедрения экспертных систем, обеспечивающих прогнозную оценку хода технологических процессов.

В заключение хочется отметить, что, несмотря на вышеперечисленные проблемы, экспериментально-испытательная база и персонал ФКП «НИЦ РКП» обеспечивают качественную подготовку и проведение испытаний изделий РКТ для подтверждения правильности принятых и реализованных в изделиях конструктивных решений, и подтверждения тактико-технических характеристик изделий, заданных в техническом задании.

Библиографический список

1. Галеев А.Г., Денисов К.П., Ищенко В.И., Лисейкин В.А., Сайдов Г.Г., Черкашин А.Ю. Испытательные комплексы и экспериментальная отработка жидкостных ракетных двигателей. – М.: Машиностроение. / Машиностроение – Полет, 2012. – 368 с.
2. Лисейкин В.А., Тожокин И.А., Разработка нового поколения систем управления и аварийной защиты для стендовых испытаний ЖРД и ДУ // Новые технологии. Том 2. – Материалы ХIV Всероссийской конференции, посвященной 70-летию Государственного ракетного центра им. академика В.П. Макеева. – 2017. – С. 129–131.
3. Лисейкин В.А., Моисеев Н.Ф., Сайдов Г.Г., Фролов О.П. / под. ред. д-ра техн. наук Чванова В.К. Основы теории испытаний. Экспериментальная отработка ракетно-космической техники / – М.: Машиностроение / Машиностроение-Полет/ Виарт Плюс, 2015. – 256 с.: ил.
4. Лисейкин В.А., Милютин В.В., Тожокин И.А. Создание информационно-управляющих систем и систем аварийной защиты для отработки ЖРД // Общероссийский научно-технический журнал Полёт. – 2009. – Специальный выпуск.
5. Лисейкин В.А. К вопросам надёжности стендовых систем управления и аварийной защиты при испытаниях ЖРД и ДУ // Общероссийский научно-технический журнал Полёт. – 2012. –№12.
6. ГОСТ Р ИСО 9000-2015. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь. – М.: Стандартинформ, 2015. – 54 с.
7. ГОСТ Р ИСО 9001–2015. Системы менеджмента качества. Требования. – М.: Стандартинформ, 2015. – 24 с.

Галеев Айвенго Гадыевич – д-р техн. наук, проф., главный научный сотрудник ФКП «НИЦ РКП». Тел.: 8 (496) 546-33-21 E-mail: mail@nic-rkp.ru / Galeev Aivengo Gadyevich – Doktor Nauk in Engineering, Prof., Principal Research Officer of FKP «NIC RKP». Tel.: 8 (496) 546-33-21 E-mail: mail@nic-rkp.ru

Лисейкин Вадим Александрович – канд. техн. наук, начальник отдела ФКП «НИЦ РКП». Тел.: 8 (496) 546-33-21 E-mail: mail@nic-rkp.ru / Liseikin Vadim Aleksandrovich – Ph.D. in Engineering Sciences, Department Head of FKP «NIC RKP». Tel.: 8 (496) 546-33-21 E-mail: mail@nic-rkp.ru

Махлай Андрей Анатольевич – заместитель генерального директора по качеству ФКП «НИЦ РКП». Тел.: 8 (496) 546-33-21 E-mail: mail@nic-rkp.ru / Makhlai Andrei Anatolevich – Deputy CEO for Quality of FKP «NIC RKP». Tel.: 8 (496) 546-33-21 E-mail: mail@nic-rkp.ru

Сизяков Николай Петрович – д-р техн. наук, генеральный директор ФКП «НИЦ РКП». Тел.: 8 (496) 546-33-21 E-mail: mail@nic-rkp.ru / Siziakov Nikolai Petrovich – Doktor Nauk in Engineering, CEO of FKP «NIC RKP». Tel.: 8 (496) 546-33-21 E-mail: mail@nic-rkp.ru

Юрьев Игорь Анатольевич – канд. техн. наук, заместитель генерального директора по науке ФКП «НИЦ РКП». Тел.: 8 (496) 546-33-21 E-mail: mail@nic-rkp.ru / Iurev Igor Anatolevich – Ph.D. in Engineering Sciences, Deputy CEO for Science of FKP «NIC RKP». Tel.: 8 (496) 546-33-21 E-mail: mail@nic-rkp.ru