أنظمة التحكم في المركبة الفضائية "بوران"
نظام Energia-Buran على منصة الإطلاق. تصوير NPO Molniya
في 15 نوفمبر 1988 ، تمت الرحلة المدارية الأولى والوحيدة للمركبة الفضائية السوفيتية القابلة لإعادة الاستخدام بوران. بمساعدة مركبة الإطلاق Energia ، دخلت السفينة في المدار ، وعملت في مدارين وعادت إلى الأرض ، بعد أن قامت بهبوط أفقي في المطار. كانت الرحلة أوتوماتيكية بالكامل باستخدام عناصر تحكم فريدة على متن الطائرة.
المهام الصعبة
بدأ تطوير صاروخ واعد قابل لإعادة الاستخدام ونظام نقل فضائي ، والذي نتج عنه ظهور Buran ، في عام 1976. تم إنشاء NPO Molniya خصيصًا ، برئاسة المصمم العام G.E. لوزينو لوزينسكي. كما شاركت العشرات من المنظمات العلمية والتصميمية الأخرى في المشروع. على سبيل المثال ، كان مكتب تصميم الأتمتة الكيميائية (فورونيج) ومعهد أبحاث الهندسة الميكانيكية (نيجنيايا سالدا) مسؤولين عن تطوير نظام الدفع.
كان على المشاركين في البرنامج تشكيل الصورة المثلى للسفينة المستقبلية ، وكذلك تنفيذها في شكل مشروع كامل. في الوقت نفسه ، كان من الضروري حل الكثير من المشاكل التقنية من مختلف الأنواع. لذلك ، وفقًا للاختصاصات ، كان من المفترض أن يكون بوران المستقبلي مأهولًا ، ولكن تم التخطيط لاستخدام الطيار الآلي بوظائف واسعة. كان من المفترض أن يكون للسفينة آلية طيران ونزول وهبوط أوتوماتيكي.
"بوران" بعد الرحلة الأولى. تصوير NPO Molniya
بشكل عام ، تم تقسيم تطوير أنظمة التحكم إلى عدة مجالات رئيسية. الأول يتعلق بتطوير الدفات والأنظمة ذات الصلة لطائرة شراعية مصممة للطيران في الغلاف الجوي. كانت المهمة الثانية هي إنشاء مجموعة من محركات التحويل للعمل في الفضاء. في إطار الاتجاه الثالث ، تم تطوير الإلكترونيات وأدوات الحوسبة والبرامج الخاصة بهم. كان من المفترض أن توفر هذه الأموال السيطرة على تشغيل أنظمة التحكم الأخرى.
تم الانتهاء من تصميم جميع الأنظمة في النصف الأول من الثمانينيات. هذا جعل من الممكن البدء في بناء الطائرة التناظرية BTS-002 للاختبارات اللاحقة في الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك ، بدأ بناء مركبة فضائية كاملة.
التحكم الديناميكي الهوائي
تم بناء "بوران" وفقًا للمخطط "اللامع" مع جناح دلتا منخفض ، والذي كان له اكتساح متغير للحافة الأمامية. كان هناك عارضة على قسم الذيل من جسم الطائرة. مع مثل هذا الشكل الديناميكي الهوائي ، يمكن للطائرة المدارية القيام برحلة مزلقة في الغلاف الجوي ، وهو أمر مطلوب للهبوط المنتظم.
ذيل "بوران". يمكن رؤية العارضة ذات الدفة والتحكم والتوجيه وكتل المحرك والمصاعد ودرع الموازنة بوضوح. الصورة من ويكيميديا كومنز
للسيطرة على الهبوط ، تلقى "بوران" وسائل بسيطة ومألوفة إلى حد ما. تم وضع ارتفاعات ذات مساحة كبيرة على الحافة الخلفية للجناح: جعل انحرافها المتزامن أو التفاضلي من الممكن التحكم في الالتفاف والميل. بين الارتفاعات ، على ذيل جسم الطائرة من الأسفل ، وضعوا ما يسمى. درع التوازن. بفضل مساعدتها ، تم تحسين إمكانية التحكم بسرعات فائقة وفوق صوتية. على العارضة كانت الدفة. كان يتألف من جزأين عموديين متماثلين يمكن أن يتباعدا إلى الجانبين ويؤديان مهام فرامل الهواء.
تم تشغيل جميع أسطح التوجيه هيدروليكيًا. لتحسين الموثوقية ، تلقت Buran ثلاثة أنظمة هيدروليكية مستقلة بمضخاتها وخطوط الأنابيب الخاصة بها وما إلى ذلك. تم التحكم عن بعد في المحركات الهيدروليكية المسؤولة عن قيادة الدفات بواسطة إشارات كهربائية من أنظمة التحكم الرئيسية.
السيطرة في الفضاء
للعمل والمناورة والتوجيه في المدار ، تلقى بوران ما يسمى. نظام الدفع المتكامل (APU). تضمنت محركين معززين بقوة دفع 90 كيلو نيوتن لكل منهما في الذيل. كما تلقت السفينة 38 محرك تحكم و 8 محركات توجيه دقيقة. تم وضع هذه الوحدات في جسم الطائرة الأمامي مع وجود فوهات في الجزء العلوي والجانبين ، وكذلك في اثنين من أغطية الذيل المميزة.
محرك هيدروليكي لإحدى الدفات الهوائية. الصورة من ويكيميديا كومنز
تم تعيين العمل الرئيسي في المدار لمحركات التحكم من النوع 17D15. كانوا موجودين في أجزاء مختلفة من هيكل الطائرة وتم توجيههم في اتجاهات مختلفة. عند تشغيل محركات معينة للوقت المطلوب ، كان على الطاقم أو الطيار الآلي تغيير اتجاه السفينة. أيضا ، يمكن لمحركات التحكم أن تكرر محركات السير ، ولكن مع فقدان الأداء.
كان المنتج 17D15 عبارة عن محرك صاروخي يعمل بالغاز والسائل يعمل بالوقود الهيدروكربوني والأكسجين. وصل الدفع لأحد هذه المنتجات إلى 4 كيلو نيوتن مع دفعة محددة تصل إلى 290-295 ثانية. أثناء الرحلة ، يمكن تشغيل المحرك حتى ألفي مرة. إجمالي الموارد 2 ألف إدراج.
كان محرك التوجيه مشابهًا في التصميم لمحرك التحكم ، لكنه اختلف في الأبعاد الأصغر وخصائص أخرى. وصل دفعها إلى 200 نيوتن فقط مع دفعة محددة قدرها 265 ثانية. في الوقت نفسه ، تم السماح بـ 5 آلاف إدراج لكل رحلة. نظرًا لانخفاض الدفع ، تم توفير توجيه أكثر دقة للسفينة في الفضاء ، وهو ما يكفي للقيام ببعض الأعمال.
تم تنفيذ السيطرة على ODE مركزيًا بمساعدة الأدوات المناسبة. تم التحكم في تشغيل التثبيت من قبل الطاقم و / أو الأتمتة ، اعتمادًا على الأنشطة والمهام التي يتم تنفيذها.
قمرة القيادة محاكاة الطاقم. الصورة من ويكيميديا كومنز
مجمع الحوسبة
تم إنشاء نظام تحكم أكثر تعقيدًا لـ Buran ، والذي يضمن الرحلات الجوية في جميع الأوضاع وحل المهام المساعدة ، وتنفيذ الأنشطة العلمية أو العملية ، إلخ. تضمنت أكثر من 1250 جهازًا وجهازًا مختلفًا ، وأدوات الحوسبة الرقمية ، بالإضافة إلى العديد من مسارات الكابلات ، إلخ. تم توزيع أجهزة مختلفة من نظام التحكم في جميع أنحاء هيكل الطائرة تقريبًا.
كان أساس نظام التحكم هو مجمع الكمبيوتر المركزي الموجود على متن الطائرة (OCCC) ، والذي تم تقسيمه إلى نظامين ، مركزي وآخر طرفي. تم بناء كل نظام على أساس جهازي كمبيوتر BISER-4. تضمن بنية الكمبيوتر الرقمي الموجود على متن الطائرة موثوقية عالية وتحمل الأخطاء للمجمع ككل. تم تطوير المنتج BISER-4 بواسطة NPTsAP لهم. كان الأكاديمي Pilyugin عبارة عن جهاز 32 بت بأداء وحدة معالجة مركزية يبلغ 37 × 104 عملية أمنية. استهلاك الطاقة - 270 واط ، الوزن - 34 كجم.
قامت BTsVK بجمع ومعالجة البيانات من مختلف أجهزة الاستشعار والأدوات والأنظمة. كان مسؤولاً عن الملاحة في الفضاء والغلاف الجوي ، وتحكم في حالة المكونات والتجمعات ، وتبادل البيانات مع المرافق الأرضية للمجمع ، وما إلى ذلك. يتحكم المجمع أيضًا في تشغيل الدفات الديناميكية الهوائية و ODU. في وضع التحكم اليدوي في الطيران ، كان من المفترض أن تقوم BTsVK بتحويل تصرفات الطاقم إلى أوامر للمشغلات. يتم توفير الوضع التلقائي للعمل المستقل تمامًا.
بالنسبة لـ BTsVK ، تم إنشاء البرنامج الأصلي في شكل نظام تشغيل ومجموعة من البرامج الإضافية. كان إجمالي حجم البرنامج رائعًا في ذلك الوقت - تقريبًا. 100 ميجا بايت.
رسم تخطيطي لأنظمة التحكم. الرسومات Buran.ru
يضمن مجمع البرامج تشغيل الأجهزة ، وتفاعل الكمبيوتر الرقمي الموجود على متن الطائرة مع الأجهزة المختلفة ، وما إلى ذلك. من بين أمور أخرى ، نفذت خوارزميات التحكم التلقائي في الطيران في جميع الأوضاع. من الأمور ذات الأهمية الخاصة إمكانية الهبوط التلقائي من المدار ، والتحليق في الغلاف الجوي والهبوط في مطار معين. من الغريب أنه تم توفير وضع الهبوط التلقائي فقط في الأصل. تمت إضافة الدليل لاحقًا بناءً على إصرار العميل.
ثبت بالممارسة
في عام 1984 ، قامت NPO Molniya ، بمساعدة مشاركين آخرين في مشروع Buran ، ببناء طائرة BTS-002 التناظرية ، والمعروفة أيضًا باسم OK-GLI أو "0.02". كانت نسخة من طائرة مدارية ، معدلة للإقلاع الأفقي والتحليق في الغلاف الجوي. كرر BTS-02 تصميم Buran بالكامل تقريبًا وكان لديه جميع عناصر التحكم اللازمة ونظام كمبيوتر وما إلى ذلك. في الوقت نفسه ، تم تجهيزها بمحركات نفاثة.
في 10 نوفمبر 1985 ، أخذ رواد الفضاء إيغور فولك وريمانتاس ستانكفيزيوس BTS-002 في الهواء لأول مرة. في يونيو من العام التالي ، في الرحلة الرابعة ، تم اختبار التخطيط شبه التلقائي لأول مرة - احتفظ الطيارون بالسيطرة على الطائرة ، ولكن تم نقل بعض المهام إلى الأتمتة. في نهاية عام 1985 ، تم إجراء تجارب على الطيران التلقائي إلى المطار ؛ تم تشغيل التحكم اليدوي فقط قبل اللمس. أخيرًا ، في 16 فبراير 1987 ، في الرحلة العاشرة ، هبطت BTS-002 بمفردها لأول مرة. حتى ربيع عام 1988 ، تم الانتهاء من أكثر من اثنتي عشرة رحلة جوية مماثلة لاختبار الأنظمة والخوارزميات.
جهاز الملاحة بالقصور الذاتي الجيروسكوبي Sh300 (في المقدمة) ، الذي تم إنشاؤه لـ Buran. الصورة من ويكيميديا كومنز
أخيرًا ، في 15 نوفمبر 1988 ، تمت الرحلة الفضائية الأولى والوحيدة لمدار بوران المداري. بعد مدارين حول الكوكب ، هبطت السفينة تلقائيًا وهبطت في مطار بايكونور. في مرحلة الهبوط ، تلقت BTsVK بيانات عن الأحوال الجوية في المطار من المرافق الأرضية ، وتقييمها بشكل صحيح وإجراء مناورة غير متوقعة. بنى "بوران" بشكل مستقل أسلوبًا مثاليًا ونفذ هبوطًا عكس اتجاه الريح.
تقنيات الماضي
لسوء الحظ ، ظلت الرحلة الفضائية الأولى لبوران هي الوحيدة. في المستقبل ، ولعدد من الأسباب ، لا يمكن وصف الجزء الأكبر منها بأي حال من الأحوال بأنه موضوعي ، تم تقليص برنامج Energia-Buran ، ولم يتم استئناف المزيد من العمل. ذهبت العينات المدارية والجوية وعينات أخرى من السفينة إلى موقف السيارات الأبدي ، وكان البعض محظوظًا ليصبح معرضًا للمتحف.
ومع ذلك ، حتى مع هذه النتيجة ، أظهر برنامج بوران الجريء والواعد إمكاناته. أثبتت الصناعة السوفيتية قدرتها على تطوير مثل هذه المعدات وإخضاعها للاختبار على الأقل. باستخدام التقنيات والمكونات المتاحة والمطورة حديثًا ، تمكنت مؤسساتنا من إنشاء نظام فضائي بقدرات فريدة.
ومع ذلك ، في المستقبل ، تجربة مشروع بوران ، بما في ذلك. في سياق أنظمة التحكم ، ككل لا يطالب بها أحد. في السنوات أو العقود الأولى بعد الإطلاق الوحيد لشركة Energia-Buran ، لم تتح الفرصة للصناعة لتطوير هذا الاتجاه بشكل كامل. ثم ظهرت تقنيات جديدة وقاعدة عناصر أكثر تقدمًا مع إمكانات أكبر بكثير.
معلومات