+7 495 580-71-86

+7 495 580-71-87

Москва, Лодочная улица, 5к1

Лабораторно-стендовая, испытательная база «НПО «Молния»

Лабораторно-испытательная база НПО «Молния» создавалась в первую очередь для экспериментальной отработки элементов конструкции и систем орбитального корабля Буран, а также ряда других перспективных аэрокосмических летательных аппаратов (ЛА). Основной задачей при выборе номенклатуры и технических параметров испытательного оборудования было создание установок, позволяющих восполнить дефицит наиболее востребованных видов испытаний, специфичных для многоразовых космических аппаратов.

В отличие от идеологии создания одноразовых космических аппаратов – «один взлет – одна посадка», многоразовые аэрокосмические ЛА создаются исходя из необходимости вы-полнения не менее 100 полетов, а в перспективе – не менее 1000 полетов. Для того чтобы проверить надежность создаваемых космических систем, корабль в сборе и все без исключе-ния его агрегаты по отдельности должны до полёта пройти проверку в условиях, максималь-но близко имитирующих реальные вибрационные, акустические, механические, тепловые нагрузки на этапах выведения в космос, во время орбитального полета и при возвращении на Землю. Причем эти наземные испытания должны подтвердить и гарантировать с определенным запасом требуемый жизненный ресурс создаваемого многоразового ЛА.

К моменту начала работ по Бурану в стране уже имелось достаточно много испытатель-ных стендов и лабораторий, ориентированных на исследование сходных проблем в области авиационной и ракетно-космической техники. Повторять или копировать их, затрачивая при этом большие средства, не имело смысла. Поэтому, все установки и испытательное оборудо-вание НПО Молния изначально проектировались и создавались так, чтобы совершить суще-ственный шаг вперед в технологии наземных экспериментальных испытаний авиационно-космической техники. По многим параметрам установки экспериментальной базы НПО Молния до сих пор не имеют аналогов, как в нашей стране, так и за рубежом.

В состав лабораторно-испытательной базы ОАО «НПО «Молния» в настоящее время входит 4 испытательных лаборатории:

Лаборатория статических прочностных испытаний

Основной задачей при создании лаборатории была отработка прочности планера ОК «Буран» с учетом реальных нагрузок на его несущую конструкцию на этапах старта, выведе-ния в космос, гиперзвукового полета при возврате на Землю, предпосадочного маневрирова-ния на трансзвуковых и дозвуковых режимах полета, посадки и последующей рулежки по полосе аэродрома. Для этого была разработана уникальная конструкция зала статических ис-пытаний с возможностью приложения сложных силовых нагрузок, как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.
Зал статических испытаний вмещает объекты размерами до 50х30х15 м, а его конструк-ция способна обеспечить силовые нагрузки на испытываемый объект до 20000 кН (2000 т) в вертикальной плоскости и до 5000 кН (500 т) в горизонтальной плоскости на высоте до 10 м. На испытываемое изделие могут прикладываться одновременно или в произвольных комби-нациях сосредоточенные и распределенные силовые нагрузки, при этом они могут быть как постоянными, так и меняющимися по времени.  

Основная задача лаборатории – проверка прочности планера ОК «Буран» была успешно выполнена без разрушения его конструкции. Специально изготовленный для проч-ностных испытаний экземпляр ОК «Буран» под названием «объект 005» прошел все запла-нированные испытания, в ходе которых были выявлены отдельные слабые части его конструкции.

После проведенных доработок и повторных проверочных испытаний было принято ре-шение об изготовлении нескольких серийных кораблей «Буран», предназначенных для запуска в космос. А сам «объект 005» впоследствии занял место в парке на набережной Москвы-реки в качестве космического аттракциона, а в настоящее время демонстрируется на ВДНХ рядом с павильоном «Космос».

На рисунке показан натурный макет хвостовой части орбитального самолета «Молния-МАКС», установленный в зале статических испытаний. 

В настоящее время этот макет является одним из основных экспонатов обновленного павильона «Космос» на ВДНХ

Уникальные возможности и большой потенциал лаборатории статических прочностных испытаний НПО Молния позволят и в будущем испытывать любые конструкции многоразовых космических кораблей.

Лаборатория динамических испытаний

Лаборатория динамических испытаний находится в специально спроектированном зда-нии из монолитного железобетона и предназначена для испытаний отдельных отсеков аэро-космических ЛА массой от нескольких килограммов до 30 тонн при воздействии динамиче-ских нагрузок частотой до 2000 Гц. В здании лаборатории имеется мощный подъемный кран и два подвижных силовых моста с системами обезвешивания, обеспечивающие работу с из-делиями указанной массы.

Основной зал лаборатории имеет габариты в плане 17×28 м и высоту 28 м, что позволя-ет испытывать крупногабаритные отсеки аэрокосмических ЛА и другие изделия как в верти-кальном, так и в горизонтальном положениях.

На рис.5 показаны вибропрочностные испытания носовой части ОК «Буран» на вибро-стенде G-0320. Здесь же по отдельности испытывались киль, средняя часть фюзеляжа и кры-ло ОК «Буран», а также некоторые объекты военной техники.

 

В настоящее время наиболее мощные вибростенды исчерпали свой ресурс и выведены из обращения. Основные технические характеристики действующих вибростендов приведены в таблице.

ВибростендыВЭДС-1500Д-40А
Максимальная толкающая сила, кН (кг) 15000 (1500) 45000 (4500)
Диапазон частот, Гц 5–2000 5–2000
Максимальная амплитуда вибросмещения, мм ±12 ±12
Максимальная масса испытываемого объекта с использованием системы обезвешивания, кг 300 2000
Выходная мощность усилителей,кВт 10 40

На рисунках показаны исследовательские динамические испытания нескольких вариантов перспективных теплозащитных конструкций. Здесь же испытываются электронные блоки ракет-мишеней и другие устройства, разработкой которых много лет занимается НПО «Молния».

Динамические испытания экспериментальных образцов тепловой защиты для перспективных аэрокосмических ЛА на вибростенде ВЭДС-1500
Динамические испытания электронного блока ракеты-мишени на вибростенде ВЭДС-1500

На рисунках ниже показана подготовка к виброиспытаниям раскрываемой спутниковой антенны (в сложенном состоянии – разработчик – ОКБ «МЭИ»), а также общий вид этой антенны в орбитальном полете.

Подготовка к динамическим испытаниям на вибростенде Д-40А раскрываемой спутниковой антенны и общий вид антенны в орбитальном полете

Для проведения испытаний на ударную прочность в лаборатории имеется ударный стенд STТ-800 . Его основные характеристики:

масса испытываемого объекта до 200 кг
ускорение до 800 g (8000 м/с²)
поверхность рабочего стола 400×500 мм
длительность соударений от 4 до 20 мс
габариты ударного стенда 700×850×900 мм
потребляемая мощность 2,5 кВт
Ударный стенд STТ-800

Для проведения испытаний на линейные перегрузки используется центрифуга Ц-01. Ее основные характеристики:

диапазон создаваемых перегрузок 0 - 70 g;
вес испытываемых объектов на одном плече до 40 кг
число оборотов несущей балки 0 - 240 об/мин
длина одного плеча 1350 мм
габариты центрифуги: диаметр 2700 мм
габариты центрифуги: диаметр 2700 мм
высота 1600 мм

Высокие технические характеристики корпусного оборудования лаборатории динами-ческих испытаний с учетом запланированного приобретения современных мощных вибро-стендов позволят с высокой надежностью моделировать вибрационные и ударные условия эксплуатации широкого класса объектов авиационной, ракетно-космической, военной и гражданской техники, обеспечивая значительное снижение суммарных затрат на ее разработку и внедрение.

Лаборатория гидравлических испытаний

В состав основного оборудования лаборатории входят гидравлические стенды высокого давления (ГСВД) и низкого давления (ГСНД).

Стенд высокого давления ГСВД предназначен для проведения опрессовки и испытаний гидроагрегатов и трубопроводов на статическую прочность рабочей жидкостью, а также оп-ределения разрушающего давления гидроагрегатов и трубопроводов.

В состав стенда входят два основных агрегата – пульт гидравлический (рис. 11) и бро-некамера, в которую устанавливается объект испытаний.

гидравлический стенда ГСВД

Пульт гидравлический предназначен для создания и контроля давления, необходимого при проведении испытаний.

Бронекамера предназначена для размещения испытываемых объектов и защиты обслу-живающего персонала при их разрушении. Она размещается в отдельном от пульта управления помещении.

Бронекамера с подготовленным для испытаний шаровым баллоном
Технические данные стенда ГСВД
Пульт гидравлический
Рабочая жидкость 7-50С-3 ГОСТ 20734-75
Рабочее давление на выходе мультипликатора до 2500 кгс/см2
Бронекамера
Габариты внутренней полости:
диаметр 1200 мм
длина 1500 мм
Габариты люка 430 ×770 мм
Толщина стенки бронекамеры 8 мм

На рисунке показаны результаты испытаний шара-баллона ракеты-мишени на данном стенде. Исходная толщина стенки шарового баллона диаметром около 400 мм составляет 8 мм. Перед разрушением при давлении гидрожидкости около 1000 атм баллон увеличивается в объеме до 30%, принимает яйцеобразную форму, и толщина его стенки в результате пластической деформации уменьшается примерно до 6 мм.

Разрушение шар-баллона при гидравлических испытаниях

Стенд низкого давления ГСНД предназначен для проведения опрессовки и испытаний топливных баков ракет-мишеней и аналогичных по габаритам объектов на статическую прочность рабочей жидкостью (водопроводная вода), а также определения разрушающего давления испытываемых изделий.

В состав стенда входят два агрегата – водяной насос с максимальным давлением 120 атм и бронекамера, выполненная в виде прямоугольной коробчатой конструкции с шарнирно закрывающейся верхней крышкой.

На рисунках показана установка топливного бака ракеты-мишени в бронекамеру и вид его разрушения после проведения гидравлических испытаний.

Лаборатория криотермовакуумных испытаний

Лаборатория криотермовакуумных испытаний – наиболее сложный комплекс НПО «Молния», имеющий в своем составе набор вакуумных камер, оснащенных специализиро-ванным оборудованием для проведения широкого спектра тепловых испытаний агрегатов и систем аэрокосмических летательных аппаратов. По своим возможностям лаборатория нахо-дится на передовых позициях средств тепловых испытаний как в нашей стране, так и за ру-бежом. В состав лаборатории входит 11 основных термовакуумных камер объемом от 2,5 м3 до 360 м3 (рис.15). Внешний вид большого зала лаборатории, в котором расположены ваку-умные камеры с объемом от 47 м3 до 360 м3 показан на рисунке.

Основные установки лаборатория криотермовакуумных испытаний

Лаборатория оборудована централизованной системой вакуумирования с использованием форвакуумных и безмасляных турбомолекулярных высоковакуумных насосов.

Охлаждение криоэкранов осуществляется жидким азотом от общей системы азотоснабжения. Лаборатория оборудована современными компьютеризованными системами управления испытаниями и регистрации измеряемых параметров.

Криотермовакуумные камеры КТВУ-40, КТВУ-40-С и КТВУ-250-С

Установки КТВУ-40-С и КТВУ-250-С предназначены для проведения криотермоваку-умных испытаний элементов космической техники с имитацией воздействия направленного потока солнечного излучения, рассеянного излучения от поверхности Земли и охлаж-дающего действия космического пространства в условиях глубокого вакуума (до 5-10-3 торр или 7-10-2 Па). Регулируемая мощность падающего лучистого потока от ксеноновых ламп имитаторов солнечного излучения (ИСИ) составляет 0,6-1,5 кВт/м2, при этом угол расходимости лучей не превышает 5, а неравномерность теплового потока в пределах светового пятна составляет не более 10. Диаметр светового пятна 1,6 м для установок КТВУ-40-С и 2,5 м для установки КТВУ-250-С

В дополнение к имитаторам солнечного излучения установки оборудованы источника-ми инфракрасного космического излучения (ИКИ), которые в зависимости от целей экспери-мента могут создавать тепловой поток, имитирующий излучение Земли или Солнца. Мощ-ность падающего потока при этом может меняться в пределах 0,1-2 кВт/м2. Оригинальная схема переключения источников инфракрасного излучения позволяет имитировать вращение объекта относительно Земли или Солнца даже в том случае, если сам объект внутри камеры установлен неподвижно.

Температура азотных экранов, имитирующих охлаждающее влияние открытого кос-моса составляет около –190 ºС, (83 К).

На рисунке показана установка КТВУ-250-С в процессе подготовки к испытаниям одно-го из измерительных модулей, использовавшихся по программе создания ОК «Буран».

Установки КТВУ-40-С дополнительно оборудованы вибростендами ВЭДС-1500, что позволяет существенно расширить диапазоны их применения и проводить комплексные ис-пытания изделий в условиях околоземного космического пространства с имитацией вибрационного воздействия от разгонных блоков или других источников.

На рисунке ниже показана антенна ОКБ «МЭИ в вакуумной камере установки КТВУ-40Г-С и проверка раскрытия антенны после тепловакуумных испытаний.

На рисунке ниже показан стенд для испытаний в установке КТВУ-40Г-С радиационного холо-дильника метеорологического спутника «Электро-Л» («НПО Лавочкина») при температуре около 10 К с использованием жидкого гелия. Справа показаны устройства подачи жидкого гелия в автономную криопанель внутри вакуумной камеры.

Воспроизведение тепловых и вакуумных условий орбитального полета – это лишь часть задач, которые решаются на установках лаборатории криотермовакуумных испытаний. Второе важное направление работ – имитация высокотемпературного нагрева тепловой защиты аэрокосмических ЛА при возвращении с орбиты на Землю. Здесь необходимо максимально точно воспроизводить в реальном масштабе времени по траектории спуска с орбиты внешние тепловые нагрузки, при которых температура поверхности материалов тепловой защиты может изменяться от –120ºС до +1250ºС, а в некоторых случаях – до +1800ºС. Кроме того, одновременно с нагревом надо синхронно изменять давление окружающего воздуха, которое при спуске с орбиты увеличивается от глубокого вакуума до нормального атмосферного давления. Подобные условия могут быть созданы только в специализированных термовакуумных стендах с использованием высокотемпературных инфракрасных излучателей в качестве источников программно регулируемого нагрева. К стендам такого типа относятся установки КТВУ-40, ТВУ-8 и ТВУ-2.5.

Общая принципиальная схема проведения высокотемпературных испытаний в таких установках показана на рис.20 на примере эксперимента в установке КТВУ-40 по анализу возможных последствий при потере во время спуска с орбиты элемента плиточной тепловой защиты. Для того, чтобы избежать перегрева стенок вакуумной камеры, объект высокотемпературных испытаний помещается в негерметичный теплоизолирующий контейнер – «черный ящик», внутри которого создаются необходимые температурные условия, а программное изменение давления внутри камеры обеспечивает необходимые условия по давлению воздуха на поверхности и внутри теплозащитного материала.

Испытания фрагмента конструкции ОК "Буран" с имитацией повреждения плиточной тепловой защиты

Возможности имеющихся установок не ограничиваются только криотермовакуумными испытаниями компонентов теплозащиты и других агрегатов аэрокосмических ЛА. Они могут быть использованы и для широкого применения и в других областях техники.

Одним из практически освоенных новых направлений, является вакуумное нанесение тонких покрытий на стекло, металлы, пластмассы и другие материалы с использованием электродугового испарения материала покрытия на линейном катоде большой протяженно-сти. Установки этого типа разработаны в НПО «Молния» и используются для нанесения многих типов покрытий с использованием металлических катодов из различных материалов (титан, алюминий и др.).

Электрический разряд, инициируемый вблизи катода, имеет форму светящегося кольца и после возникновения разряда движется вдоль катода к его противоположному концу с бо-лее отрицательным потенциалом. Данный процесс периодически повторяется и в результате обеспечивается нанесение испарившегося материала катода на значительной площади, зави-сящей от количества катодов и их длины. Процесс напыления реализован на нескольких ус-тановках НПО "Молния" – КТВУ-40, ТВУ-8, ТВУ-2.5. На самых больших установках КТВУ-40 одновременно используются три катода, а максимальная площадь плоских объектов для нанесения покрытий может достигать 12-15 м2.

Помимо декоративных покрытий этим же методом можно наносить покрытия специального назначения, обладающих повышенной износостойкостью, электропроводностью и другими свойствами.

В своем настоящем виде лаборатория криотермовакуумных испытаний имеет широкие возможности для развития и практического внедрения самых передовых технологий базирующихся на с использовании криогенной, вакуумной и высокотемпературной техники.