30-летию полета орбитального корабля Буран посвящается

           

            Дорогие друзья!

15 ноября 2018 года исполнилось 30 лет со дня первого и единственного полета советского многоразового орбитального космического корабля «Буран». В этом масштабном проекте приняло участие и ОНПП «Технология» (г.Обнинск). На этом предприятии я работал в 80-е  годы и принимал непосредственное участие в некоторых разработках, которые были реализованы  в корабле «Буран», причем тогда мною были  получены (в  соавторстве)  Свидетельства на несколько  изобретений. К сведению, в тех работах принимали участие многие «хаевцы» разных лет выпуска, а на сегодня в ОНПП «Технология» работает 23 «хаевца». Об этом я подробно написал в репортаже, посвященном  встрече  в Обнинске на «День ХАИ» 25 мая 2018г.  http://xai-71.obninsk.ru/2018-DX/D-2018.htm.  И есть наша  групповая фотография в фойе предприятия (обновленная), снятая  в наши дни  накануне той встречи  

В организационный комитет семинара вошли «хаевцы»  О.Н. Комиссар - заместитель генерального директора по науке и развитию, к.т.н. (ХАИ-1985),  М.Ю. Русин - директор НПК «РПО» – главный конструктор, д.т.н., профессор (ХАИ-1971)    и  А.Г. Свиридов - директор НПК «Композит» – главный конструктор (ХАИ-1983).

 И вот 15 ноября 2018 на «Технологии» состоялась встреча участников космической программы «Энергия-Буран»   на научно-техническом семинаре - «Опыт разработки корабля «Буран» в создании принципиально новых неметаллических материалов и прорывных технологий для авиационной и ракетно-космической техники».  На этом семинаре  был обобщен опыт, полученный в ходе работы над проектом «Энергия-Буран»  и оценен вклад сотрудников «Технологии»  в развитие отечественной авиации и космонавтики.  Нами к этой дате был специально  подготовлен  документальный фильм «Технологии для Бурана» (почти 58 мин.), который можно посмотреть по ссылке https://youtu.be/qhOLqHD1dC4  

 На этом семинаре я выступил с докладом «Численное моделирование элементов конструкции из  керамики и стекла орбитального  корабля «Буран».

Привожу это название, потому что оно полностью характеризует направление моей работы тогда, а я проработал  на «Технологии»  с  1976 по 1992 год.  О вкладе   ОНПП  «Технология»  в создании многоразового орбитального космического корабля «Буран», я привожу материалы с официального сайта, а также  некоторые слайды с моего выступления с комментариями. Надеюсь «хаевцам» будет интересно, т.к.   все работы и результаты по Бурану были до середины 90-х годов закрытыми и многие просто пропали для  истории  и научной общественности. Поэтому я поделился своими результатами из личного архива и библиотеки  «Технологии». Публикации в то время были, но как правило в закрытых изданиях и тоже были широко не известны.

 В мероприятии приняли участие  сотрудники  ОНПП «Технология», ЦАГИ,  ВИАМ,  ЛИИ им. М. М. Громова и  МГТУ им. Н. Э. Баумана. В представленных докладах рассматривалась роль и значение проекта «Энергия-Буран» в создании принципиально новых неметаллических материалов и прорывных технологий для авиационной и ракетно-космической техники.  Хочу  отметить, что на эту встречу прибыл  М.О.Толбоев -  космонавт-испытатель многоразового космического корабля «Буран»,  Заслуженный лётчик-испытатель РФ, заместитель командира отряда космонавтов-испытателей ЛИИ им. М.М.Громова (с 1984г.),  генерал-майор, доктор исторических наук, Герой Российской Федерации, который обратился к участникам с приветствием.

 Среди докладов участников хотелось бы обратить ваше внимание на выступление Николая Выморкова (ХАИ-1980, 2-й фак.) – заместителя  директора НПК «Композит», который  непосредственно разрабатывал  и изготавливал один из важнейших элементов корабля Буран – створки отсека полезного груза (СОПГ) «Бурана» из композиционных  материалов.

Нужно было создать огромную конструкцию длиной 18 м и шириной 4,5 м. Она должна была состоять из 4 секций по 4,5 метра. Конструкции таких габаритов и такого сложного профиля в СССР тогда вообще никто не делал. Требовалось обеспечить минимальный вес и максимальную прочность.   И все это при  криволинейном  шпангоуте,  длиной почти 3 метра.    И задача была решена, шпангоуты были сделаны.  Не менее интересен  рассказ   Николая   Выморкова о том, как он ездил на «Байконур» ремонтировать сотовую панель уже на самом «Буране», которую насквозь  пробили уже на собранном «Буране». Пришлось осваивать  ремонт в «полевых условиях», такого опыта тогда также не было. Смотрите  его воспоминания об этом в  фильме  (на 19 мин. и на 41 мин). 

И хотелось бы также заметить, что в 1998 году Николай  Выморков стал лауреатом  Премии  Правительства РФ в области науки и техники за создание и внедрение конструкционных углепластиков. Разумеется в этой награде есть доля и его участия в создании Бурана.

А чтобы вы представили размеры створок, я приведу снимок в фойе корп.3А ОНПП Технология, где я снят у этой створки.  Разумеется это только 1/4  часть всей створки. На наших гостей эти размеры производят впечатление. Напомню только, что это было спроектировано и изготовлено до 1985 года.

            В 1977 году «Технология» получила задание на разработку термостойких радиационно-оптически устойчивых стекол для кабины пилотов, высокотемпературной защиты корабля, створок отсека полезного груза из полимерных композиционных материалов, тонкостенных герметичных трубопроводов для системы воздушного термостатирования, световых фильтров для аэронавигационных огней с высокой стойкостью к термическому удару и высокотемпературных уплотнителей. 

           Коллектив ОНПП «Технология»  блестяще справился с задачей. Косвенной оценкой проделанной работы стало 31 авторское свидетельство на изобретения, касающиеся разработки материалов, технологий и конструкций для «Бурана».  Предприятие обеспечило комплектацию уникальной продукцией из неметаллических материалов все наземные и пять летных комплектов по программе «Буран». Общий вес изделий из неметаллических материалов, разработанных и изготовленных «Технологией» только для совершившего полет «Бурана» составил 10 тонн. Это 10% от общего веса орбитального корабля.

          Завершился семинар экскурсией по предприятию. Гостям продемонстрировали продукцию из неметаллических материалов, созданную на ОНПП «Технология» для многоразовой транспортной космической системы «Энергия–Буран», также ряд  достижений сегодняшнего дня: изделия для хвостового оперения авиалайнера МС-21, композитные обечайки головного обтекателя ракеты-носителя «Протон-М» и двенадцатиметровый углепластиковый лонжерон самолета Т-500.

         Ниже приводится информация с сайта ОНПП «Технология».

ОНПП «Технология» в космической программе «Энергия-Буран»

Начало

7 февраля 1976 года вышло Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР № 132-51 «О создании многоразовой космической системы и перспективных космических комплексов». В нем были определены основные задачи программы "Энергия-Буран". Тактико-технические требования к многоразовой космической системе формировались почти весь 1976 год и едва уложились в несколько увесистых книг.

На ОНПП «Технология» работы начались в 1977 году. Было получено задание на разработку термостойких радиационно-оптически устойчивых стекол для кабины пилотов, высокотемпературной защиты корабля, створок отсека полезного груза из полимерных композиционных материалов, тонкостенных герметичных трубопроводов для системы воздушного термостатирования, световых фильтров для аэронавиагационных огней с высокой стойкостью к термическому удару, высокотемпературных уплотнителей.

«Шуба» для «Бурана»

Одним из важнейших элементов конструкции «Бурана» стала теплозащита. Во время входа в атмосферу температура аэродинамического нагрева элементов тепловой защиты могла достигать 1500 °С. Специальная керамическая плитка на обшивке выдерживала прохождение корабля сквозь плотные слои атмосферы и предотвращала его сгорание. Космолёт буквально выходил из огня целым и невредимым. Приказ министерства авиационной промышленности СССР об организации на ОНПП «Технология» серийного производства теплозащитного материала вышел в 1977 году. Производство было освоено в мае 1979 года. Для выпуска теплозащитных материалов запустили новый цех. Благодаря использованию супертонкого кварцевого волокна теплозащита оказалась легкой и прочной. Для предохранения плиток от эрозии, проникновения влаги, высокой температуры применялось специально разработанное наружное покрытие из высококремнеземистых стеклопорошков. Предприятие обеспечило изготовление плиток для шести орбитальных кораблей, для «Бурана», совершившего космический полет, их было выпущено 38 800 штук.  Предприятие получило более 20 авторских свидетельств на изобретения при работе над теплозащитой

Отсечные мосты и уплотнители

Ещё одной актуальной и трудоемкой задачей стала надежная защита щелей и стыков различных элементов планера. Для этих целей ОНПП «Технология» разработало и изготовило высокотемпературные ворсовые и ленточные уплотнения, которые устанавливались в зазорах, использовались для герметизации кабины пилотов и створок отсека полезного груза. При изготовлении уплотнений использовались кварцевые и кремниевые материалы.

Термостойкая конструкционная оптика

Также на ОНПП «Технология» для корабля «Буран» было создано высокопрочное термостойкое радиационно-оптически устойчивое остекление для кабины пилотов, обеспечивающее максимальную безопасность летного экипажа. Остекление выдерживало перепад давления между кабиной и открытым космосом, защищало экипаж от воздействия космической радиации. Также были изготовлены цветные светофильтры для аэронавигационных огней «Бурана» с высокой стойкостью к термическому удару и защитные стекла шкалы приборов. Предприятием было получено 11 авторских свидетельств на изобретения по итогам разработок изделий из стекла для орбитального корабля.

Композитные створки

При создании «Бурана» перед ученым и инженерами была поставлена сложнейшая за всю историю развития отечественной авиации задача — получить прочную и одновременно легкую конструкцию планера, способную длительно работать в исключительно тяжелых условиях. Корабль должен был выдерживать интенсивные вибрационные и акустические нагрузки от мощных ракетных двигателей и сверхзвукового потока воздуха, а при спуске — температурное воздействие, с чем металл мог не справиться. На помощь пришли композиционные материалы и прогрессивные сплавы. Большой вклад в эту работу внесли отечественные материаловеды.

Создание створок отсека полезного груза из композиционных материалов стало непростой задачей для ОНПП «Технология». Элементы конструкций такого размера сложного профиля из композитов тогда в СССР никто не делал. На предприятии разработали технологии и изготовили крупногабаритные трехслойные панели створок отсека полезного груза и сложнопрофильные шпангоуты переменного сечения из углепластика. Для склеивания сотовых конструкций было освоено серийное производство высокотемпературных пленочных клеев и связующего. Применение полимерных композиционных материалов в конструкции «Бурана» позволило снизить массу орбитального корабля более чем на 1500 кг. Впервые в отечественной практике были созданы изделия из композиционных материалов длиной 18 м, шириной 4,5 м, площадью 144 кв м. В состав одного комплекта входило 500 деталей и элементов.

Система охлаждения для «Бурана»

        При приземлении «Буран» находился в разогретом до 1000 градусов и выше состоянии. И если бы он не охлаждался, то вся аппаратура пришла бы в негодность. Поэтому на орбитальном корабле была предусмотрена система наддува и вентиляции, которая снабжала воздухом все элементы космического корабля. В её безупречной работе - немалая заслуга «Технологии», изготовившей тонкостенные герметичные трубопроводы для системы воздушного термостатирования орбитального корабля, обеспечив все требования по минимизации их веса. Общий метраж системы термостатирования «Бурана» составил 200 метров. Созданные из полимерных материалов трубы оказались прочными и герметичными. Также была решена проблема возникновения статического разряда при подаче воздуха в систему, что исключило возникновение аварийных ситуаций.

Коллектив «Технологии» с задачами справился

        В 1987 году за создание теплозащиты космического корабля «Буран» коллектив разработчиков обнинского научно-производственного предприятия был удостоен Государственной премии СССР. Теплозащитное неуносимое покрытие радиационного типа многократного использования в нашей стране было создано впервые. Также впервые выпущены элементы конструкций и агрегаты планера космического аппарата из полимерных композиционных материалов, термостойкое радиационно-оптически устойчивое остекление. Всего было получено 31 авторское свидетельство на изобретения, касающиеся разработки материалов, технологий и конструкций для «Бурана».

***********

           В начале своего доклада я хотел бы изложить хронологию событий разработки системы «Энергия – Буран», чтобы понять проблематику наших работ и соответственно представлять  их на фоне работ в США по системе «Спэйс-Шатл».

1971- Начало работ  по созданию космических челноков в США. Всего было построено пять Шаттлов, а  полёты в космос осуществлялись с 12 апреля 1981 года по 21 июля 2011 года,  всего было совершено 135 полетов.  Расчётный объём работы над Шаттлом с 1974 по 1980 год превысил 750 тыс. человеко-лет.

1973 -  Постановление Правительства № П137/VII от 17 мая о проработке  вопроса   создании  многоразового космического  самолета (МКС).

1976 – Вышло Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР о создании МКС (многоразовой космической системы). Это был ответ СССР США на создание «Шаттла».  МКС «Буран» должна была решать многие вопросы обороны в космическом пространстве. Могла уничтожить спутники с лазерным и ядерным оружием на борту («звездные войны»), ракеты, летательные аппараты, вести съемку и контроль поверхности, подавлять помехами прицелы летательных аппаратов и т.д. В конце 1976 г. был разработан эскизный проект орбитального корабля (ОК) "Буран". Над созданием Бурана работало 15 министерств, 45 НПО, сотни заводов.  Реально работы по «Бурану» начались в в1977г.

1976 - Головным разработчиком ОК  стало специально созданное НПО «Молния», в конце 1977 года - был выпущен технический проект и началась  разработка рабочей документации.

1977 -  еще до объединения Филиал НИТС приступил  к  разработке  термостойких  стекол  для кабины пилотов, а Филиал ВИАМ начал проработку элементов теплозащиты

1978 - Создание   ОНПО «Технология» путем объединения двух филиалов в г.Обнинске   (НИТС и ВИАМ) - важнейшая веха в создании Бурана.    «За всю историю предприятия по сложности и трудоемкости задачи по «Бурану» не имеют себе равных» - А.Г. Ромашин

Ноябрь 1978 - апрель 1979  Иизготовлено и поставлено на машзавод в Тушино  662  блока теплозащитного материала (ТЗМ).

1975  - 1979  постройка первого действующего Шатла ОК «Колумбия», погиб 1 февраля 2003. Это был  28-й космический полет «Колумбии».

1978-1979  в ОНПО «Технология» на вновь созданном участке, оснащенном   20-ю  установками,  освоено серийное  производства керамических блоков теплозашиты.

1980 - 1984  постройка на  Тушинском машзаводе (ТМЗ) первого полномасштабного экземпляра ОК Буран.

1982 – 1991 постройка других челноков:  «Челленджер» - погиб (28.01.1986)  при своём десятом запуске,  третий шаттл «Дискавери» (1982) совершил 39 полётов, четвёртый шаттл (1985) «Атлантис» совершил 33 полёта, в том числе в 2011 году совершил 135-й последний полёт по программе «Шаттл». Пятый шаттл  «Индевор» (май 1991, взамен «Челленджера») - 25 полётов.

1984 - 1988   были сформированы экипажи и проводились  испытания аналога «Бурана» БТС-02. Ранее приказом МАП СССР от 23 июня 1981 года № 263 был создан Отраслевой отряд космонавтов-испытателей Минавиапрома СССР.

1985 (10 ноября) - в ЛИИ МАП СССР совершил первый атмосферный полёт аналог «Бурана» (машина 002 ГЛИ — горизонтальные лётные испытания).

1988 (15 ноября) - Космический полёт «Бурана».  Полёт длился 206 минут, ОК совершил два витка вокруг Земли, после чего произвёл посадку в автоматическом режиме на аэродроме  космодрома Байконур.

1990  - работы по программе «Энергия-Буран» были приостановлены, а в 1993г.  окончательно закрыты Решением Совета главных конструкторов  при НПО «Энергия» от 25 мая 1993г.

2002 -  единственный летавший в космос «Буран» (изд. 1.01) был разрушен при обрушении крыши МИКа на Байконуре, где он хранился вместе с экземплярами ракеты-носителя «Энергия».

 В своем докладе «Численное моделирование элементов конструкции из  керамики и стекла орбитального  корабля «Буран» я попытался изложить малоизвестный и почти не отраженный в научно-технических публикациях и  литературе тех лет этап  расчетных работ с использованием средств вычислительной техники. Необходимо напомнить, что начало работ по Бурану пришлось на 70-е годы и  широкого применения ЭВМ в практике конструкторских и технических  разработок еще не было по двум причинам: отсутствие ЭВМ на предприятиях и отсутствие соответствующего программного обеспечения (ПО). Ведущие предприятия (ЦАГИ, ЛИИ, ЦИАМ) имели передовые ЭВМ тех лет -  БЭСМ-6, на других были только БЭСМ-4, которые были не совместимы. Позднее, с появлением  ЭВМ серии ЕС, появилась возможность  совместимости ПО, но все равно отсутствовало соответствующее матобеспечение, трансляторы и прочий сервис. Все приходилось разрабатывать заново и самостоятельно, т.к. воспользоваться ПО с БЭСМ-6 было невозможно. Таким образом, контакты с расчетчиками ведущих предприятий авиационной отрасли происходило на  уровне алгоритмов и обсуждении результатов расчетов.  Однако специфика конструкционных керамических материалов, которые мы использовали, требовало иного подхода к конструированию, методологии расчетов и  оценке прочности. Этими работами в авиационной отрасли в те годы почти никто не занимался, что требовало использовать собственные ресурсы. Работы на Западе были, но воспользоваться  ими в готовом виде также было не реально.

Поэтому в 70-е и в начале 80-х годов нами было много сделано для разработки инструментария для проведения тепловых и прочностных расчетов керамических элементов конструкций. Приведу конкретные нормативные документы, которые были нами разработаны и  выпущены тогда.

 Алгоритмы и программы, разработанные в  ОНПП «Технология» (1980 – 1989)
для проведения тепло-прочностных расчетов элементов конструкций из стекла и керамики,
действующие до настоящего времени

 ПМ 596.430 Программа решения задачи термоупругости для многослойной стенки (Вариант),1980

ПМ 596.431 Программа визуализации результатов расчета тепловых полей и температурных напряжений в керамических изделиях (1980).

ПМ596.570. Тензометрирование керамических изделий и образцов. Методика (1982).

ПМ 596.596 Программа и алгоритм решения осесимметричной задачи теплопроводности  МКЭ, (1982).

ПМ 596.603 Программа и алгоритм решения осесимметричной задачи теории упругости МКЭ,(1982).

ПМ 596.661 Программа и алгоритм для определения надежности керамических изделий, (1983).

ПМ 596.633 Определения параметров распределения Вейбулла по  результатам испытания керамических образцов, Методика и Алгоритм (1983)

ПМ 596.788 Программа определения параметров распределения Вейбулла по результатам испытания керамических образцов, (1984)

ПМ 596.993 Комплекс программ «Градиент-2» ,Описание алгоритмов и программ, (1986) 

ТО–I036, Разработка  и  внедрение  методов  и  программ расчета  тепловых  полей  и  НДС  керамических  элементов  изделий, 1981

ТО-134З,  Анализ теплонапряженного состояния и  надежности керамических элементов изделий, Отчет, 1983

 1. Комплекс  программ "Градиент -2" для  конечно-элементного анализа теплонапряжённого состояния и прочностной  надёжности  конструкций  из  керамики.М. ВИМИ, сборник НИОКР  серия  "АТ"  №15,  1985.  (Рукопись  деп.  в  ВИМИ 21.08.85,  №Д06464).

2. Программа визуализации результатов решения МКЭ задач теплопроводности и механики деформируемого твердого тела.  Инф.бюл.ОФАП,N 13,1984,Рег. N 498.

3. Программа определения параметров  статистического распределения Вейбулла по результатам испытания керамических образцов. Инф.бюл. ОФАП, N13, 1984, Рег.N 527.

4. Универсальная  программа  расчета  температур  и  температурных  напряжений  в  многослойной стенке (Вариант), ВИМИ,  Москва, I980.

 Важно отметить, что разработанные тогда нами алгоритмы и программ делались не только для себя, но и передавались для отрасли. Более того, они были снабжены подробной документацией и были расчитаны на любого пользователя. В итоге они до сих пор пригоды для испльзования в качестве расчетных программ, причем  удалось  их запустить и провести реальные расчеты в среде современных операционных систем типа Виндовс-8 и даже Виндовс-10 без какой-либо переделки. В качестве примера возможного  использования разработанного ранее (80-е годы) программного обеспечения  (программа ВАРИАНТ в.3.3), я  провел  на современном компьютере  численное моделирование  конструкции из керамики с использованием  теплозащитного покрытия (ТЗП) и предложил оригинальное техническое решение, результатом которого стал Патент на изобретение  (см. ниже).

Разработка элементов теплозащиты ОК Буран

 Прежде чем приступить к разработке теплозащитных материалов, необходимо было установить требования на материал и его предельные параметры по температуре и прочности, для всех возможных режимов (этапов)  полета  орбитального корабля (ОК) Буран, исходя из требований Заказчика. 

Поэтому,  в первую очередь необходимо было провести целую серию расчетов по определению тепловых и силовых нагрузок на орбитальный корабль на этапе выведения на орбиту, в орбитальном полете и самое главное на этапе посадки. Причем необходимо иметь ввиду, что Буран  был одновременно  в двух категориях: самолет и космический аппарат.  Опыт таких расчетов уже был для космических аппаратов, но для авиационной отрасли такие скорости и аэродинамические тепловые нагрузки были впервые. Приходилось находить н осваивать новые математические модели расчетов. В связи с закрытостью тех работ, я не смог найти ссылок на результаты и авторов. Но думаю, что это были  специалисты ЦАГИ, которые уже имели опыт расчетов сверхзвуковых самолетов. Думаю также, что были использованы также различные  результаты расчетов NASA по Шатлу. Ведь они начали  работы еще в  1972 году, а в 1976 году уже началось изготовление корабля.

Далее привожу насколько слайдов по расчету нагрузок, причем думаю они явились реконструкцией тех результатов с учетом современных вычислительных возможностей.

Впервые для авиационных конструкций необходимо было провести анализ тепловых воздействий на Буран в орбитальном полете, учитывая его большие габариты солнечный нагрев и охлаждение в тени были определяющими на орбите. Особенно важно было учесть положение корабля и угол  по отношению к Солнцу в каждый момент времени.

В итоге только к концу 1977 года  появилась следующие максимальные (предельные) температуры для различных зон и элементов корабля  Буран.

Более  детальные расчеты температур на поверхности орбитального корабля Буран стали теперь возможны, однако необходимо учесть важное обстоятельство, что точность таких расчетов существенно зависит от теплофизических  свойств  материала теплозащиты, особенно степени черноты поверхности этого покрытия во всем диапазоне рабочих температур, который еще нам надо было разработать. Разумеется,  некоторые свойства таких материалов, используемые на  Шатле,  у нас уже были, поэтому  для этих свойств и режима полета вычислены необходимые толщины такого покрытия. Думаю, что и эти конкретные рисунки   являются реконструкцией, хотя требования по толщине у нас точно были в 80-х. И как отмечали специалисты уже после окончания работ, если бы выполнять покрытие планера с учетом требуемой толщины в различных местах, то можно было бы сэкономить до 30% веса покрытия. Напомню,  что суммарный вес теплозащитного покрытия составил более 6 тонн. В  итоге, толщина теплозащитных плиток в различных местах была почти одинаковой, скорее всего потому, что  в Шатле так было.

Раскрой плиток теплозащиты ОК "Буран"

        Схема раскроя плиток на ОК "Буран" явилась важнейшей и, как оказалось, сложнейшей задачей при разработке ОК "Буран", т.к было необходимо учесть многие противоречивые факторы: сохранить аэродинамические обводы поверхностей, учесть линии  скоростных потоков, обеспечить прилегание и зазоры между плитками, обеспечить малые допуски на отклонение размеров и геометрии и по возможности быть однотипными и простой формы. Разумеется в полной мере это осуществить было невозможно. Был использован опыт раскроя  "Спейс Шаттла",  но только его отдельные моменты. В частности    на "Буране" нет треугольных и остроугольных плиток, и все длинные щели между поясами ортогональны местным линиям тока.  Ортогональность межпоясных щелей местным линиям тока способствует уменьшению резонансных колебаний воздушного столба в межплиточной зоне и, как следствие этого, происходит более поздняя и менее вероятная турбулизация пограничного слоя в период максимальных тепловых потоков. В носовой части, на элевонах и на киле в отличие от "Спейс Шаттла"  применен веерный раскрой.

    Для поворота поясного направления введены пятиугольные перестыковочные плитки, не имеющие в плане острых углов. Все плиточные пояса около стыков агрегатов, у люков и иллюминаторов являются компенсационными, поскольку корректируются по замерам краевых зон.  Всего в банке данных ОК 38600 (по другим источникам 38800) плиточных гнезд (с мотогондолами), из них 20% нерегулярные и 15% - особо сложные, имеющие подрезы, фаски, проточки, отверстия, канавки, косые малки. Из 38800 элементов ТЗ примерно 28000 являлись простыми трапециевидными в плане, но имели, как правило, сложную по контуру внешнюю теоретическую и внутреннюю прилегающую поверхность двойной кривизны. Плитки размером в плане от 150 х 150 мм до 200 х 200 мм монтировались с зазорами размером 0,5... 5,0 мм с жестким допуском. Примерно 6000 плиток были "нерегулярными" (далее на схемах раскроя они выделены красным или зеленым цветами), то есть многоугольными по форме в плане и формировали сложные "узоры" на люках, около сопел двигателей, на краях агрегатов.

    Примерно 4800 плиток сложной формы имели пазы, выточки, выступавшие грани для образования замковьк соединений на краях люков, на ребрах и стыках агрегатов, в зоне подвижных соединений. Около 200 плиток относились к особо сложным и изготавливались нетрадиционным образом. Для каждой плитки автоматизированно изготавливались технологическое приспособление - ложемент (для базирования при окончательной отработке поверхности, прилегающей к корпусу планера), профильное приспособление - присоска (для испытаний на отрыв), а также плата демпфирующей подложки.

    Таким образом, для одного планера автоматизированно, без чертежей изготавливалось более ста тысяч обводообразующих деталей. Для этих деталей автоматизированно генерировалось более 800000 индивидуальных программ обработки, контроля формы, разметки, маркировки, раскроя и обмера "плиточных гнезд".

    Элементы устанавливались на поверхность изделия с зазорами. Величина зазора определялась из условия компенсации разницы деформации несущей конструкции и элемента как при воздействиях температуры, так и при статических и динамических нагрузках. В зависимости от размеров и вида зазоров, а также их расположения на поверхности изделий они перекрывались щеточными межплиточными уплотнениями, холстами из кварцевого волокна, жгутовыми и щелочными уплотнениями. Для плавного обтекания необходимо, чтобы ступеньки между отдельными плитками не превышали нескольких десятых долей миллиметра. Чтобы получить необходимые зазоры и ступеньки, требовалось очень точно не только изготовить саму плитку, но и провести ее монтаж, что обеспечивалось твердым соблюдением параметров технологического процесса.  Механическая обработка плитки велась с точностью до 0,5 мм на фрезерньк станках с программным управлением алмазным инструментом, разработанным конкретно для данного процесса.

лись только в одномерной постановке. Для этого использовалась программа многослойной стенки с постоянным усложнением граничных условий, моделей и вычислительных алгоритмов.  И когда понадобилось  проводить расчеты плиток для Бурана, мы имели одну из лучших программ этого класса для  современной ЭВМ серии ЕС, а в последующем и вариант для персональных компьютеров (ПК), с использованием интерактивных возможностей ПК на этапе подготовки исходных данных и представлении результатов расчета.

лось также влияние краевых эффектов и зазоров между плиток

Достоверность расчета теплового состояния теплозащитного покрытия оцениваласть на многочисленных экспериментах натурных  моделей конструкциии  планера ОК Буран, в том числе  и летных экспериментов.

        В процессе  разработки Бурана особое внимание было уделено расчету теплового состояния покрытия и силовых элементов планера, в случае повреждения или отсутствия  одиночных плиток в отдельных местах  планера, в процессе полета, с целью выявления опасных мест на планере, что может привести к превышению допустимых температур металлических конструкций.

иль

        К сожалению никакого детального послеполетного анализа конструкции Бурана не проводилось, т.к. уже тогда началось сворачивание работ по системе Энергия-Буран, путем значительного уменьшения финансирования, которое  полностью прекратилось к 1993г.

        Использование  одномерной теповой задачи позволяет моделировать многие  разработки с достаточной точностью, если эта модель применима, т.е. градиенты температуры в конструкции преобладают только в одном направлении. В (70 - 80)-х годах  эта программа была нам единственно доступной. Вместе с тем, она позволяет моделировать и современные разработки из керамики с достаточной точностью, причем  простота  ее использования любым конструктором позволяет находить  оптимальные технические решения достаточно просто и быстро за счет рассмотрения и анализа  многочисленных вариантов без помощи квалифицированного расчетчика. В качестве примера для современных конструкторов я провел такие  исследования узла соединения одной конструкции обтекателя.

        Исследование узла соединения  конструкции обтекателя сводились к правильному подбору свойств  ТЗП керамической  оболочки, выбору толщин и анализу допустимых температур клеевого слоя и материала шпангоута. Пример результатов расчета некоторых вариантов приведен на следующем рисунке.

        Приведенный пример численного моделирования вариантов конструкции обтекателя я провел на своей программе 80-х годов, которую адаптировал для современного компьютера, причем без каких-либо переделок, в системе Виндовс-7. В качестве доказательства  на следующем слайде привожу  копии экрана результатов расчета для четырех вариантов. Причем расчет проводится один раз, а анализ прогрева и температурные напряжения в нонструкции в различных слоях можно просматривать на экране  многократно в реальном времени в непрерывном режиме,  с паузами и печатью нужных результатов для любого момента режима нагрева.



        Еще раз отмечу, что результаты получены в настоящее время для современной керамической конструкции с использованием прораммной разработки 80-х годов. Она сохранились, она может работать на современных компьютерах и может использоваться для  исследования узла соединения конструкции обтекателя.  
       
        Ну и в качестве "вишенки" на мое такое рекламное  заявление (как мог кто-то подумать) сообщаю, что с использованием этой программы и такого подхода (численное моделирование конструкции) было получено новое техническое решение для узла соединения обтекателя, на которое был получен современный Патент (25.07.2018). Вот пример того, как может работать  современный конструктор с использованием нашего (ветеранов ОНПП) опыта и наработок даже в одномерной постановке, которые сейчас доступны всем.




     

        В течение 80-х мы все время совершенствовали этот комплекс, добавляли новые блоки и задачи, переходили к более современным ЭВМ путем перетрансляции его (использовался язык ФОРТРАН) и к 90-му году сложился окончательный интерактивный вариант комплекса "АТЕК" с использованием средств автоматической подготовки данных и графического оформления результатов на ПК.

ции "отсечного моста" - это керамическая шайба для уменьшения теплового потока к силовым элементам крепления теплозащитного покрытия носка и передних кромок крыла. В качестве анализируемого параметра рассматривалась температура  на металлических элементах, которая не должна была  превышать допустимую. Представленный график распределения температур получен на грфопостроителе тогда же в 80-х годах с помощью разработанного матобеспечения и взят из технического отчета.



        Кроме такого оформления результатов можно было использовать и интерактивный режим с графикой на экране ПК. Приведенные результаты были получены также в 80-х годах.

Еще раз отмечу, что программный комплекс "АТЕК" также сохранился  в ОНПП, он может работать на современных компьютерах и может использоваться для  исследования современных керамических элементов конструкций.  

Хорошей иллюстрацией использования прораммного  комплекса (АТЕК) для численного моделирования  остекления Бурана, является разработка материала для  конструкции иллюминатора  Бурана. Сама конструкция разрабатывалась  в НИТС.

 

        Проведенные расчеты остекления ОК Буран также подреплялись экспериментами




        Использование

-   накапливался опыт, результаты которого доступны  сейчас всем в  виде научно-технических отчетов, которыми я и воспользовался для этой и последующих иллюстраций.

элементов двигателя. Фото этих деталей приведено ниже. Разумеется это не все детали, в частности отсутствуют элементы ДВС - накладки на поршень, вставка гильзы цилиндров, накладка выпускных клапанов и многое другое.

 

         Не вдаваясь в подробности и детали  моделирова

ния, остановлюсь только на некоторых  конструктивных вариантах, которые были оформлены в виде законченных технических решений, на которые получены в те годы авторские Свидетельства на изобретение







        Отдельно хотелось бы отметить, что уже в те годы мы вели разработки математических моделей для оценки прочности конструкционных  керамических материалов, для чего необходимо  было получать прочностные свойства керамических материалов на чистое одноосное растяжение. Задача сложная и она до конца  не решена даже сейчас. И вот тогда нами был предложен образец,  на  который также  было получено авторское Свидетельство на изобретение



        А закончить перечень своих изобретений я хотел бы "Способами испытаний" авиационных конструкций из

оригинальных и не имеющих аналогов, которые разделяют более 30 лет. Обращаю внимание, что последний Патент был получен буквально накануне нового 2019 года (хотя его приоритет от 30.07.2017), когда я печатал первую часть этого сообщения.

при спуске и при маневрах в атмосфере  более 2,5G;
- необходимо обеспечить точное попадание на посадочную  полосу с учетом погодных условий и требуемой посадочной скорости;
- и главное - все эти требования необходимо выполнить приземляясь как планер (без тягового двигателя), т.е. с ограничениями  по возможностями маневрирования и невозможности повторного захода на посадку.

 

Итак, до 100 км - это орбитальный космический полет, а далее - полет в атмосфере с учетом аэродинамики, в том числе с учетом  гиперзвуковых  скоростей полета.  Особо необходимо отметить диапаон высот (40 - 80) км, что связано с наличием плазмы. Разумеется все эти этапы полета должны были быть просчитаны на силовые и тепловые нагрузки ОК Буран с учетом атмосферных параметров.

И на высоте 20 км (примерно 450 км от полосы) начинается предпосадочный  маневр,  который на высоте 4 км заканчивается  заходом на посадку.



 Основная цель этого предпосадочного маневра - точно выйти на край посадочной полосы, причем  обеспечить скорость посадки в момент призесления не более 340 км/час  и плавное касание (без удара и перегрузки свыше 2,5G) с учетом конкретного направлени и величины скорости ветра. Поэтому  и были предусмотрены различные варианты разворотов с учетом возможного направления ветра в момент приземления.  Разумеется это все многократно просчитывалось и экспериментально проверялось на  летающих моделях БОР-4, БОР-5 и  летаэшей модели Бурана с двигателями БТС-002 ГЛИ.

Успешная посадка Бурана подтвердила и показала, насколько точно были выбраны и реализованы в систему управления эти расчетные модели, причем у некоторых на космодроме это даже вызвало  панику, когда Буран ушел на "свой" разворот и на время исчез, а зашел на посадку уже с другой стороны, где его не ждали.  Дело в том, что за пол-часа до посадки были переданы на Буран новые значения скорости и  направления ветра, о которых многие не знали. И только разработчики системы управления посадкой, программисты с МОКБ  "Марс" и  ответственный за управление кораблем на участке снижения и посадки  С.А

.Микоян, были уверены в успехе и сказали - "Будем ждать". А ведь предложения были - его надо сбить, т.к. он якобы улетел не туда! Да, это я прочитал в  воспоминаниях участника тех событий.

И вот Буран приземлился


Однако процесс полета для Бурана на этом не закончился, т.к. необходимо было его охладить, особенно его внутренние части и элементы, т.к. при большой температуре на поверхности при полете и  большой массе, накопленное тепло еще долго проходит к внутренним силовым элементам и может превысить их предельные температуры. Поэтому около часа  происходит процедура охлаждения и нельзя открывать люки. И те внешние  трубопроводы, которые подводятся от автомобиля (видно на снимке), собственно обеспечивают прокачку воздуха и хладоагентов. А система трубопроводов для охладения внутри Бурана, как раз разрабатываласть в ОНПП Технология. Это целый набор различных труб из композитных материалов определенного размера и сечения,  для проектирования  которых также проводились многочисленные расчетные работы. Разумеется в  этот момент у Бурана находились только специалисты.

А вот на следующем снимке уже сфотографированы непосредственные участники, которые обеспечивали полет. Привожу один из таких снимков, где не видно папах и генеральских звезд.



Да, на этом снимке присутствуют "неизвестные" герои, благодаря которым, система управления (техника) и численные алгоритмы полета на всех его этапах (управляющии программы) были реализованы  и обеспечили  великолепную посадку. Причем некоторые уточнения и добавления в управляющую программу они делали до последнего момента (буквально за два дня до старта).  Кстати, это КБ работает до сих пор и успешно занимается разработкой систем управления беспилотных л.а.

Обратите внимание, на фюзеляже Бурана хорошо просматривается след от входной кромки крыла при прохождения участка полете в плазме и можно по нему определить уол атаки. А кроме того по этому следу можно отличить летавший вариант Бурана, в то время как второй экземпляр остался безупречно чистый.

На следующем снимке представлен летавший ОК Буран (заметен след от воздействия плазмы), который приземляется на выставку в Ле-Бурже в 1989г.

 
Самолет Ан-225 "Мрия" создавался собственно для перевозки Бурана, хотя его «выкатка»  30 ноября 1988 и  первый полет состоялся  только 21.12.1988  уже после полета Бурана. А привожу я этот снимок потому, что в разработке АН-225 принимали участие многие "хаевцы", а наш однокурсник (ХАИ-1971, гр.162) Калашник Юрий  был одним из ведущих конструкторов ОКБ Антонова (ведущим по планеру и прочностным испытаниям) непосредственно по самолету Ан-225 "Мрия". Знаю, какие трудности были у разработчиков АН-225, чтобы закрепить Буран (почти 60 т), а недавно узнал, что за эти работы отвечал  Юрий, как ведущий конструктор и  «прочнист». Вот так пересеклись пути  "хаевцев" при реализации проекта Бурана.  

Интересная деталь о которой узнал позже,  уже в современных мемуарах. Разработку АН-225 начали только в 1985 году, причем транспортировку отсеков Бурана и Энергии уже обеспечивали другими самолетами, правда по частям, т.к не могли обеспечить  грузоподъемность. А вот АН-225 хотели использовать (не афишируя военным) для перспективных работ НПО Молния  для воздушного старта небольшого многоразового корабля (идея Г.Е.Лозино-Лозинского и его договоренность с ОКБ О.К. Антонова).  С закрытием программы Бурана пострадал и АН-225, работы по которому свернулись на долгие годы.

И в заключении хочу привести оценку работ ОНПП по созданию Бурана.

  
Что касается оценки засуг на правительственном уровне, то  разумеется это присуждение Госпремии правительства СССР двум ведущим специалистам ОНПП Технология



Как я уже отмечал, в докладе  я использовал свои резултаты, а также материалы из публикаций,  приведенные ниже



Дополню тот свой доклад некоторыми размышлениями об авиации и не только.  Разумеется, участие в работах по созданию Бурана явилось триумфом многих. При этом конечно не считались со средствами - просто это надо было сделать любым  путем. В итоге, когда отказались от него военные (а именно они и были главные заказчики), то для  гражданского применения не оказалось средств. А как следтсвие - закрылись или  свернулись многие предприятияя. которые работали только на Энергию-Буран. И в первую очередь НПО "Молния" и завод ТМЗ. Оставшийся бренд НПО не считается, т.к. из 4500 человек осталось только 150.  Создать что-либо подобное уже не смогут.  А вот те предприятия-смежники, которые участвовали и производили  другую свою продукцию,  не пострадали или не сильно. Так в ОНПП Технология все 80-е годы и после закрытия программы

, мы занимались разработкой и выпуском не менее важной продукции, также отмечаемые высокими наградами. Конечно мы пострадали, пришлось перепрофилировать и перестроить цеха, но это "мелочи" на фоне того что призошло с НПО "Молния", да и с  Энергией тоже. А что касается опыта и практики, что мы получили, то это уже наше богатсво, которое не пропало, а осталось с нами.

В этом году ОНПП "Технология" будет отмечать свой юбилей - нам исполняется 60 лет! И в октябре 2019 будет проходить традиционная XXII медународная научная конференция (один раз в 3 года), которая будет посвящена 60-летию ОНПП  и 30-летию полета ОК Буран.  Надеюсь представить на эту конференцию и я свой доклад, может и несколько. На предыдущей конференции (2016) у меня был доклад на секции "Конструкционная керамика" и два стендовых доклада. За прошедшие три года появилось несколько оригинальных технических идей и  решений о которых хотелось бы поделиться со специалистами. 

Системный администратор сайта 
Часовской Евгений, гр.163-А  
e-mail:   xai-71@obninsk.ru