alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2017.13-15.077-090alternative-1045Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭКОЛОГИЯENERGY AND ECOLOGYМОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ДВИЖЕНИЯ ПЕНЕТРАТОРА ПРИ КОНТАКТЕ С ГРУНТОМ ПЛАНЕТЫ НА УДАРНОМ СТЕНДЕSIMULATION OF PENETRATOR MOVEMENT DYNAMICS AT THE CONTACT WITH THE GROUND OF THE PLANET ON THE SHOCK TABLEГалеевА. Г.GaleevA. G.

д-р тех. наук, профессор кафедры «Управление эксплуатацией РКС» Московского авиационного института,

действительный член Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, главный научный сотрудник ФКП «НИЦ РКП»; участник отработки ряда систем по ракетно-космическим программам «Космос-1», «Космос-3», «Н1Л3», «Энергия-Буран», «GSLV», «Ангара» и др.,

д. 4, Волоколамское ш., ГСП-3, А-80, Москва, 125993

D.Sc. (engineering), Professor at Operation Management of RSS Department of Moscow Aviation Institute, a Member of the K.E. Tsiolkovsky Russian Academy of Cosmonautics, Chief Researcher of the PCF “SIC RSI”; a participant in working out a number of systems for missile and space programs “Space-1”, “Space-3”, “N1L3”, “EnergiaBuran”, “GSLV”, “Angara” and others,

4 Volokolamsk drive, GSP-3, A-80, Moscow, 125993

ajv.galeev@yandex.ruЗахаровЮ. В.ZaharovYu. V.

д-р тех. наук, профессор кафедры «Прикладная синергетика» Московского технологического университета,

участник отработки ракетно-космической техники, в том числе по программам создания автоматических межпланетных станций: “Луна-22, 24”, “Марс-6, 7”, “Венера-15, 16” и др.; участник ликвидации последствий катастрофы на ЧАЭС

D.Sc. (engineering), Professor at the Department of Applied Synergetics of Moscow Technological University; a participant of working out of rocket and space technology, including the programs for the creation of automatic interplanetary stations: Luna-22, 24, Mars-6, 7, Venera-15, 16, etc; a participant in the liquidation of the consequences of the Chernobyl catastrophe

РодченкоВ. В.RodchenkoV. V.

д-р тех. наук, профессор, почетный работник Высшей школы, действительный член Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, заместитель заведующего кафедрой «Управление эксплуатацией РКС Московского авиационного института;

бывший руководитель и участник ряда хоздоговорных работ по заказам промышленности, в том числе по программам: «Энергия-Буран», «Магистраль», «Синева» и др.

D.Sc. (engineering), Professor at the Department of Applied Synergetics of Moscow Technological University; a participant of working out of rocket and space technology, including the programs for the creation of automatic interplanetary stations: Luna-22, 24, Mars-6, 7, Venera-15, 16, etc; a participant in the liquidation of the consequences of the Chernobyl catastrophe

МихайловД. Н.MichaylovD. N.

заместитель генерального конструктора по испытаниям ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина»; участник разработки АКА «Электро-Л», «Спектр-Р», «Луна-Глоб», «Спектр-РГ», «МКА ФКИ» и др.; бывший руководитель и участник наземной экспериментальной отработки АКА: «Спектр-РГ», «Арктика-М», разгонный блок «Фрегат», «Спектр-УФ» и др.

Deputy General Designer for Testing at NPO named after S.A. Lavochkin; a participant in the development of AKA Electro-L, Spectrum-R, Luna-Glob, Spectrum-RG, MKA FKI, etc.; a former director and participant of the ground-based experimental development of the AKA: Spectrum-RG, Arktika-M, the Fregat upper stage, Spectrum UV, and others

ГусевЕ. В.GusevE. V.

старший преподаватель кафедры «Управление эксплуатацией РКС»

Senior Lecturer in Management of Operation of RSS department

ФГБОУ ВО Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation Institute (National Research University)Russian Federation201730062017013-157790Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20172017Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1045

Рассматривается актуальная задача по изучению лунной поверхности в целях создания обитаемой станции, а также по предотвращению астероидной опасности, решение которой предусматривает, в частности, бурение скважин глубиной до десятка метров. В этой связи считается целесообразным использовать в качестве разгонного устройства ударного стенда ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ), обеспечивающий исследование поведения модели и натурного образца при действии на него перегрузок, достигающих 50–200, и скоростей входа образца в грунт до 100–1 500 м/с при разгоне.

В качестве модели испытываются проникающие зонды – пенетраторы, которые могут быть представлены в разном исполнении: инерционные, одно- и многомодульные с ракетными двигателями твердого топлива. Пенетраторы с РДТТ обладают целым рядом преимуществ, главными из которых являются высокая энерговооруженность при минимальной массе, надежность и простота эксплуатации.

Рассмотрен алгоритм расчета энергетических характеристик разгонной системы с РДТТ и предложена принципиальная схема ударного стенда для исследований пенетраторов. Проведен анализ и определены параметры РДТТ для исследований образцов в требуемом диапазоне изменения перегрузок и скоростей входа в грунт. Приведена методика и технология проведения экспериментов и исследований движения пенетраторов в модельных грунтах с учетом обеспечения безопасности испытаний.

Рекомендованная установка для отработки пенетраторов предназначена для исследований в широком диапазоне изменения скоростей входа образца в грунт Vвх. 

The paper deals with the actual problem of studying the lunar surface for the creation of an inhabited station, as well as the prevention of an asteroid hazard, including due to the drilling of wells up to a depth of ten meters. In connection, it is advisable to use the solid fuel rocket engine as a booster of a shock table. This rocket engine provides a study of the behavior of the model and the natural sample under the action of accelerations reaching 50-200, and the speed of sample input into the ground to 100-1500 m/s during overclocking.

Penetrating probes (penetrators) are tested as a model, and can be presented in different designs: inertial, single- and multi-module with solid fuel rocket engines. Penetrators with solid fuel rocket engines have a number of advantages, the main of which are high power-to-weight ratio with minimal weight, reliability and simplicity of the system.

The paper considers an algorithm for calculating the energy characteristics of the accelerating system with a solid fuel rocket engine, and proposes a schematic diagram of the shock table for penetrator research. The analysis was carried out and the parameters of the solid fuel rocket engines were determined to ensure that the samples were studied in the required range of changes in the acceleration and the speed of input into the ground. Moreover, the technique and technology of conducting experiments and studies of the motion of penetrators in model soils are given, taking into account the safety of testing.

The recommended installation for working out penetrators is designed for research in a wide range of changes in the rates of sample input into the soil. 

пенетраторгрунтракетный двигатель твердого топливатяга двигателяэкспериментальная отработка.penetratorprimingrocket engine of solid fuelthrust of the engineexperimental developmentReferencesБаженов, В.И. Моделирование основных характеристик и процессов функционирования космических аппаратов / В.И. Баженов, М.И. Осин, Ю.В. Захаров. – М.: Машиностроение, 1985.Bazhenov V.I., Osin M.I., Zaharov YU.V. Modeling of basic characteristics and processes of functioning of space vehicles (Modelirovanie osnovnykh kharakteristik i protsessov funktsionirovaniya kosmicheskikh apparatov). Moscow: Mashinostroenie Publ., 1985 (in Russ.).Родченко, В.В. Основы проектирования реактивных аппаратов для движения в грунте / Родченко В.В. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009.Rodchenko V.V. The fundamentals of designing reactive vehicles for ground motion (Osnovy proektirovaniya reaktivnykh apparatov dlya dvizheniya v grunte). Moscow: Izd-vo MAI-PRINT Publ., 2009 (in Russ.).Проектирование испытательных стендов для экспериментальной отработки объектов ракетно-космической техники / А.Г. Галеев [и др.]. – М.: Изд-во МАИ, 2014. – 328 с.: ил.Galeev A.G. Design of test benches for experimental testing of rocket and space equipment (Proektirovanie ispytatel'nykh stendov dlya eksperimental'noi otrabotki ob"ektov raketno-kosmicheskoi tekhniki). Moscow: Izd-vo MAI Publ., 2014 (in Russ.).Галеев, А.Г. Экспериментальная проверка метода выбора проектных параметров реактивных пенетраторов для движения в лунном грунте / А.Г. Галеев [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2014. – № 16. – С. 46–60.Galeev A.G. Experimental verification of the method of choosing the design parameters of reactive penetrators for motion in the lunar soil (Eksperimental'naya proverka metoda vybora proektnykh parametrov reaktivnykh penetratorov dlya dvizheniya v lunnom grunte). International Scientific Journal for Аlternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2014;(16):46–60 (in Russ.).Родченко, В.В. Влияние особенностей функционирования двигателя на технические характеристики лунного пенетратора [Электронный ресурс] / В.В. Родченко [и др.] // Электронный журнал «Труды МАИ». – 2012. – № 59. – Режим доступа: http//:trudymai.ru/published.php?ID=35254 (Дата обращения: 20.04.2017).Rodchenko V.V. Influence of the features of engine performance on the technical characteristics of the lunar penetrator (Vliyanie osobennostei funktsionirovaniya dvigatelya na tekhnicheskie kharakteristiki lunnogo penetratora). Elektronnyj zhurnal Trudy MAI, 2012;(59). Available at: http//: trudymai.ru/published.php?ID=35254 (20.04.2017) (in Russ.).Родченко, В.В. Выбор параметров рабочего процесса в пароводяных разгонных устройствах ударных стендов / В.В. Родченко [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2014. – № 22. – С. 12–23.Rodchenko V.V. Selecting the parameters of the working process in the steam-water booster booster devices (Vybor parametrov rabochego processa v parovodyanyh razgonnyh ustrojstvah udarnyh stendov). International Scientific Journal for Аlternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2014;(22):12–23 (in Russ.).Теоретические основы испытаний и экспериментальная отработка сложных технических систем / Л.Н. Александровская [и др.]. – М.: Логос, 2003.Aleksandrovskaya L.N. Theoretical bases of tests and experimental development of complex technical systems (Teoreticheskie osnovy ispytanii i eksperimental'naya otrabotka slozhnykh tekhnicheskikh sistem). Moscow: Logos Publ., 2003 (in Russ.).Эксплуатация испытательных комплексов ракетно-космических систем / А.Г. Галеев [и др.]. – М.: Изд-во МАИ, 2007. – 204 с.: ил.Galeev A.G. Operation of test complexes of rocket and space systems (Ekspluatatsiya ispytatel'nykh kompleksov raketno-kosmicheskikh sistem). Moscow: Izd-vo MAI Publ., 2007 (in Russ.).Галеев, А.Г. Этапы полета, факторы и нагрузки, действующие на ракетно-космическую технику при научных исследованиях планет с использованием кислородно-водородного топлива / Галеев А.Г. [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2016. – № 9–10. – С. 95–106.Galeev A.G. Stages of flight, factors and loads acting on rocket and space technology in scientific studies of planets using oxygen-hydrogen fuel (Etapy poleta, faktory i nagruzki, dejstvuyushchie na raketno-kosmicheskuyu tekhniku pri nauchnyh issledovaniyah planet s ispol'zovaniem kislorodno-vodorodnogo topliva). International Scientific Journal for Аlternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2016;(9–10):95–106 (in Russ.).Галеев, А.Г. Проектирование испытательных стендов для тепловакуумных испытаний космических аппаратов / А.Г. Галеев [и др.]. – М.: Изд-во МАИ, 2015.Galeev A.G. Design of test benches for heattesting of space vehicles (Proektirovanie ispytatel'nykh stendov dlya teplovakuumnykh ispytanii kosmicheskikh apparatov), M.: Izd-vo MAI, 2015 (in Russ.).Афанасьев, В.А. Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов / В.А. Афанасьев [и др.]. – М.: Изд-во МАИ, 1994.Afanas'ev V.A. Experimental development of spacecrafts (Eksperimental'naya otrabotka kosmicheskikh letatel'nykh apparatov). Moscow: Izd-vo MAI Publ., 1994 (in Russ.).Афанасьев, В.А. Испытания летательных аппаратов при воздействии ударных нагрузок / В.А. Афанасьев [и др.]. – М.: Изд-во МАИ, 1990.Afanas'ev V.A. Tests of aircraft under impact loads (Ispytaniya letatel'nykh apparatov pri vozdeistvii udarnykh nagruzok). Moscow: Izd-vo MAI Publ., 1990 (in Russ.).Испытательная техника. В 2-х кн. / Под ред. В.В. Клюева. – М.: Машиностроение, 1982.Test equipment (Ispytatel'naya tekhnika) / Ed. V.V. Klyuev. Moscow: Mashinostroenie Publ., 1982 (in Russ.).Макаров, В.П. Создание и совершенствование стенда ударных испытаний автоматических космических аппаратов / В.П. Макаров [и др.] // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. – 2013. – № 1. – С. 56–62.Makarov V.P. Creation and improvement of the test bench of automatic space vehicles (Sozdanie i sovershenstvovanie stenda udarnykh ispytanii avtomaticheskikh kosmicheskikh apparatov). Vestnik NPO im S.A. Lavochkina, 2013;(1):56–62 (in Russ.).Ефанов, В.В. Актуальные вопросы проектирования автоматических космических аппаратов для фундаментальных и прикладных научных исследований / В.В. Ефанов. – Химки: НПО им. С.А. Лавочкина, 2015. – 352 с.Efanov V.V. Actual problems of the design of automatic space vehicles for fundamental and applied scientific research (Aktual'nye voprosy proektirovaniya avtomaticheskikh kosmicheskikh apparatov dlya fundamental'nykh i prikladnykh nauchnykh issledovanii), Himki: NPO im. S.A. Lavochkina Publ., 2015, 352 p. (in Russ.).Проектирование автоматических космических аппаратов для фундаментальных научных исследований / В.В. Ефанов [и др.]. – М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ: Т. 1, 2013.Efanov V.V. Design of automatic space vehicles for basic scientific research (Proektirovanie avtomaticheskikh kosmicheskikh apparatov dlya fundamental'nykh nauchnykh issledovanii). Moscow: Izd-vo MAI-PRINT Publ.: vol. 1, 2013 (in Russ.).Галеев, А.Г. Планирование комплексной отработки сложных технических систем / А.Г. Галеев [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2015. – № 9. – С. 76–85.Galeev A.G. Planning complex development of complex technical systems (Planirovanie kompleksnoi otrabotki slozhnykh tekhnicheskikh sistem). International Scientific Journal for Аlternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2015;(9):76–85 (in Russ.).Методы отработки научных и народно-хозяйственных ракетно-космических комплексов / В.Ф. Грибанов [и др.]. – М.: Машиностроение, 1995.Gribanov V.F. Methods of testing scientific and economic rocket and space complexes (Metody otrabotki nauchnykh i narodno-khozyaistvennykh raketnokosmicheskikh kompleksov). Moscow: Mashinostroenie Publ., 1995 (in Russ.).Яблонский, А.А. Курс теоретической механики / А.А. Яблонский, В.М. Никифорова 15-е издание. – М.: КНОРУС, 2010. – 608 с.Yblonskij A.A., Nikiforova V.M. Course of Theoretical Mechanics (Kurs teoreticheskoi mekhaniki). Moscow: KNORUS Publ., 2010, 608 p. (in Russ.).Пановко, Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара / Я.Г. Пановко. – Л.: Машиностроение, 1976. – 320 с.Panovko YA.G. Fundamentals of Applied Theory of Oscillations and Shock (Osnovy prikladnoi teorii kolebanii i udara). Leningrad: Mashinostroenie Publ., 1976, 320 p. (in Russ.).Волков, В.Т. Исследование и стендовая отработка ракетных двигателей на твердом топливе / В.Т. Волков, Д.А. Ягодников. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007.Volkov V.T., Yagodnikov D.A. Investigation and bench testing of rocket engines on solid fuel (Issledovanie i stendovaya otrabotka raketnykh dvigatelei na tverdom toplive). Moscow: Izd-vo MGTU im. N.EH. Baumana Publ., 2007 (in Russ.).Сорокин, Р.Е. Газотермодинамика ракетных двигателей на твердом топливе / Р.Е. Сорокин. – М.: Наука, 1967.Sorokin R.E. Gas thermodynamics of rocket engines on solid fuel (Gazotermodinamika raketnykh dvigatelei na tverdom toplive). Moscow: Nauka Publ., 1967 (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.