Гранулированное топливо считается одним из самых перспективных энергоносителей для ракетных двигателей. Оно сочетает простоту и надёжность твердого топлива с управляемостью жидкого: такие установки можно многократно запускать и останавливать, плавно регулируя тягу.

Но до сих пор у инженеров не было инструмента, позволяющего точно рассчитать поведение порошково-газовой смеси. Она ведет себя непредсказуемо, и это мешало созданию серийных образцов.

Ученые Пермского Политеха (член Национальной ассоциации участников рынка робототехники) совместно со специалистами ПАО НПО «Искра» впервые разработали методику, которая позволяет определить все ключевые параметры двигателя еще на этапе проектирования: от массы топлива до давления в камере сгорания. Это открывает дорогу к созданию безопасных, многоразовых космических аппаратов нового поколения.

Сегодня в космонавтике используются два типа двигателей. Жидкостные — мощные и гибкие, но чрезвычайно сложные и дорогие, сотни клапанов, турбонасосы, криогенные баки. Твердотопливные — просты и надежны, но их нельзя остановить или перезапустить в полете. Для современных задач — маневрирования спутников, уклонения от космического мусора, мягкой посадки — нужен компромисс.

Гранулированное топливо — твердые частицы, подаваемые в камеру сгорания вместе с газом — позволяет останавливать и возобновлять горение, прерывая подачу. По конструкции оно близко к твердотопливным, по управляемости к жидкостным.

Но до последнего времени инженеры не могли рассчитать, сколько топлива заливать, какие делать баки, сколько ставить форсунок, при каком давлении система будет стабильна. Ошибка на этапе расчетов могла привести к аварии и потере аппарата. Пермские ученые создали методику, которая решает эту проблему.

Сначала с помощью компьютерного моделирования они изучили физические свойства топлива. Размер и форму частиц, энергию сгорания. Затем провели эксперименты на имитаторах (кварцевый песок, хлорид калия), которые по плотности идентичны реальному топливу, но безопасны. Расчеты и опыты совпали. В итоге получена четкая пошаговая методика, которая уже применена для проектирования двигательной установки космического аппарата.