Одним из ключевых проектов, включенных в портфель Уральского межрегионального научно-образовательного центра (УМНОЦ), стал «Исследование, разработка и создание демонстраторов технологий одноступенчатой многоразовой ракеты-носителя вертикального взлета и посадки», который выполняла команда сразу нескольких учреждений: НИИ «Научно-исследовательский институт машиностроения» (АО «НИИМаш») АО «Государственный ракетный центр имени В.П. Макеева» (АО «ГРЦ Макеева» ) и Южно-Уральского государственного университета.
Цель проекта заключается в формировании научно-технического задела, а также ряда конструкторско-технологических подходов и решений, в подготовке специалистов и научных сотрудников для реализации проекта АО «ГРЦ Макеева» по созданию полностью многоразовой, одноступенчатой ракеты-носителя. Для отработки технологии необходимо было экспериментально, путём создания демонстраторов, проверить работоспособность выбранного решения, подтвердить или опровергнуть данные, полученные в ходе расчетно-теоретических работ.
На первом этапе проекта в 2021 году сотрудники ЮУрГУ создали и успешно запустили на территории предприятия-индустриального партнёра АО «НИИМаш» первый в России демонстратор двигательной установки с центральным телом и с дискретным расположением камер, работающий на топливной паре «спирт-кислород».
Разработчики провели ряд расчетно-теоретических исследований для подтверждения возможности саморегулирования двигательной установки с центральным телом и валидации (т.е. проверки соответствия результатов моделирования реальному процессу) методик, на основе сравнения структуры течения, полученной в ходе эксперимента.
В 2022 году ученые ЮУрГУ осуществили переход двигателя на топливную пару «кислород-водород» в газообразном состоянии. Кроме того, они применили охлаждаемое центральное тело, поскольку такой топливный состав имеет более высокую температуру продуктов сгорания, в отличие от применяемой ранее топливной пары «спирт-кислород».
В октябре на площадке АО «НИИМаш» успешно прошли запуски демонстратора двигательной установки на «кислород-водородном» топливе. В результате ученые разработали модели внутрикамерных и теплообменных процессов, а также модель газодинамического процесса обтекания высокотемпературным потоком охлаждаемого центрального тела двигательной установки.
С точки зрения расширения экспериментальной базы, основными результатами 2023 года стали выполненные работы по увеличению тяги и времени работы демонстратора на топливной паре «кислород-водород», создание стенда для осуществления отработки взлета и посадки объекта, оснащенного двигательной установкой с охлаждаемым центральным телом на топливной паре «спирт-кислород», а также открытие в Челябинской области площадки для проведения запусков демонстраторов на различных топливных парах. В части расчетно-теоретических исследований ученые провели валидацию цифровых моделей разработанных объектов.
В 2024 году разработчикам ЮУрГУ удалось успешно завершить исследовательские испытания системы управления пространственным движением демонстратора посадочного модуля, оснащенного двигательной установкой с охлаждаемым центральным телом, которая работает на топливной паре «спирт-кислород» при различных способах создания управляющих усилий (механическим приводом и регуляторами расхода отдельных блоков камер). Уникальность испытаний заключалась в том, что удалось впервые в мире с помощью разработанной системы управления продемонстрировать плавный подъем, перемещение демонстратора, оснащенного таким типом двигательной установки, до точки посадки, и саму плавную посадку. Определение положения и ориентации подвижного объекта в пространстве в системе управления обеспечивалось комплексированной инерциальной навигационной системой бесплатформенного типа, системой технического зрения, лазерным высотомером. Полученные экспериментальные результаты подтвердили надежность и точность работы комплексированной навигационной системы. При расчетно-теоретических исследованиях последовательно выполнены валидация компьютерной модели демонстратора ракетного двигателя малой тяги на топливной паре «спирт-кислород», а также верификация данных цифрового моделирования движения демонстратора.
«Дальнейшее развитие созданного в рамках проекта задела связано с расширением сотрудничества с другими предприятиями Роскосмоса, в частности, с АО ГНЦ “Центр Келдыша” по части разработки методик проектирования для перехода к демонстраторам большей размерности, расчета характеристик демонстраторов при работе в реальных условиях полета ракеты-носителя, – уточнил заведующий кафедрой «Двигатели летательных аппаратов» ЮУрГУ Руслан Пешков. – Планируются продолжение работ с АО “ГРЦ Макеева” по формированию задач, анализ полученных результатов и выдача рекомендаций по таргетированию исследований, продолжение взаимодействия с АО “НИИМаш” в части исследовательских и экспериментальных работ».
Проект является стратегически значимым для развития ракетно-космической отрасли Челябинской области. Об этом не раз заявлял губернатор Челябинской области Алексей Текслер. Благодаря Правительству региона в рамках выполнения проекта УМНОЦ исследователи получили финансирование всех этапов проекта своевременно и в полном объеме, оперативно решались организационные вопросы.
В феврале 2025 года ректор Южно-Уральского государственного университета Александр Вагнер и генеральный директор Исследовательского центра имени М.В. Келдыша Владимир Кошлаков подписали соглашение о развитии научно-исследовательских проектов в области ракетно-космической деятельности.
Исследовательский центр имени М. В. Келдыша – научно-исследовательский институт, работающий в области ракетного двигателестроения и космической энергетики с 1933 года. Институт входит в состав предприятий Роскосмоса.
«Мы настроены на стратегию будущего развития проекта. Сейчас идут обсуждения на счет будущего факультета, который в данный момент создается в ЮУрГУ, и будет подготавливать специалистов широкого профиля, в том числе и в сферах деятельности Российской государственной корпорации «РОСКОСМОС». Поэтому надеемся на дальнейшее плодотворное сотрудничество», – рассказал ректор ЮУрГУ Александр Вагнер.
Соглашение предусматривает совместную работу над передовыми разработками и научно-исследовательскими проектами в сфере ракетно-космического двигателестроения. В рамках сотрудничества также планируется организация практик и стажировок на базе предприятия, что будет способствовать развитию кадрового потенциала в данной отрасли.
Подписание соглашения между ЮУрГУ и Исследовательским центром имени М.В. Келдыша стало результатом многолетних исследований, проведенных в рамках проекта по созданию двигателя внешнего расширения.
«Основная тема взаимодействия с ЮУрГУ сегодня – это создание демонстраторов двигателя внешнего расширения. Мы ознакомились с теми испытаниями, которые были проведены, более того, мы уже более двух лет интенсивно работаем на уровне РОСКОСМОСА для создания этой системы, поэтому мы видим перспективы и участие ЮУрГУ в этом проекте крайне важно. Потому что именно АО «ГРЦ Макеева» и ЮУрГУ и были тем двигателем, который запустил эту «машину», – отметил генеральный директор Исследовательского центра имени М.В. Келдыша Владимир Кошлаков.
Помимо прочего будет решен и вопрос подготовки кадров, которым предстоит завершение работ по проекту и внедрение его результатов на производственных мощностях корпорации РОСКОСМОС.
«Сегодня мы принимаем участие в проектной деятельности УМНОЦ. Таргетирование исследований, подготовка исходных данных, экспертная оценка материалов и анализ полученных результатов – вот неполный список функций, который взял на себя ракетный центр. Важно отметить роль научно-образовательного центра и лаборатории, занимающейся исследованиями демонстраторов двигателей, в вопросе подготовки кадров – специалистов, которые придут на предприятие уже подготовленными по прикладным задачам. А компетенции, которые получит лаборатория можно будет использовать при проведении большого проекта по многоразовой ракете-носителю», - рассказал руководитель проектов по ракетно-космическому направлению АО «ГРЦ Макеева» Евгений Мочалов.
Заключение данного соглашения является значимым шагом в развитии отечественной космической отрасли. Успешные результаты, полученные в рамках совместной работы ученых университета, конструкторов и инженеров отраслевых предприятий подтвердили не только правильность и перспективность выбранного вектора развития отечественной одноступенчатой многоразовой ракеты-носителя вертикального взлета и посадки, но и обеспечили переход к следующему этапу реализации проекта.