Лазерное зажигание для ракетных двигателей Королев, 2013 Автор: зам. нач. лаб. «ЛИТС», ИЛФ НИУ ИТМО Виткин Владимир Владимирович КОРОЛЁВСКИЙ ИННОВАЦИОННЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ ФОРУМ

1. Цель проекта 2 Создание и внедрение системы гарантированного дистанционного лазерного поджига топливной смеси ракетных двигателей многоразового применения; Создание системы лазерного поджига топливной смеси с возможностью космического размещения.

3 2. Проблема Поджиг топливной смеси для запуска ракетных двигателей, работающих на кислород-керосиновом топливе осуществляется с помощью электроискровых свечей зажигания. Такой способ поджига имеет ряд недостатков: Низкая практическая надежность системы Высокая чувствительность к концентрации и составу топливной смеси Отказ системы при контакте с компонентами топлива Невозможность повторного применения

4 3. Решение Для обеспечения гарантированного поджига топливной смеси в ракетных двигателях предлагается использовать систему лазерного зажигания. Проведен этап технического проектирования по созданию такой системы для использования в двигателях РД-107. Рассмотрено 6 вариантов исполнения устройства лазерного зажигания (УЛЗ) Рис. 1 Блок схема УЛЗ

5 3. Решение Схема расположения УЛЗ: УЛЗ-1) с ламповой накачкой с энергией в импульсе 30 м Дж; УЛЗ-2) с диодной накачкой с Е=30 м Дж; УЛЗ-5) с диодной накачкой с Е=6 м Дж; УЛЗ-6)с диодной накачкой с Е=1 м Дж с использованием мишени. УЛЗ-1 УЛЗ-2 УЛЗ-5 УЛЗ-6

4. Экономическое обоснование 6 Наименование этапа Срок реализации Потребность в финансировании, млн. руб. 1. Выполнение НИОКР по определению технических характеристик системы лазерного зажигания для ракетных двигателей Выполнено- 2. Создание стендового макета и проведение испытаний системы лазерного зажигания 12 мес Создание опытного образца 12 мес.15 Этапы реализации проекта Потребители устройства лазерного зажигания: Космическая промышленность и космические агентства, Автомобильная промышленность – при доработке конструкции.

7 4. Экономическое обоснование N изделия Активный Элемент Глухое и Выходное зеркало Модулятор добротности Осветитель Устройство лазерной подсветки ОФС Оптическое волокно Лампа накачки Конструкция Работа по сборке Блок питания Диоды накачки Сгораемые модули, ИТОГО, руб. ИТОГО, руб. Несгораемые модули УЛЗ * 6000 * 30000* УЛЗ * * УЛЗ УЛЗ УЛЗ УЛЗ * Оценочная себестоимость компонентов УЛЗ *- требует более тщательной проработки

5. Рынок и конкуренты В данный момент на рынке не представлены разработки систем лазерного зажигания для воспламенения несамовоспламеняющихся топливных компонентов в ракетных двигателях; В литературе представлен ряд статей от ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша», по экспериментам прямого лазерного воспламенения несамовоспламеняющихся топливных компонентов За рубежом ведутся разработки по созданию лазерной свечи зажигания для двигателей внутреннего сгорания автомобилей; В 2009 году инженеры из Ливерпульского университета совместно с Ford Motor Company получили грант от фонда Carbon Trust на разработку системы лазерного зажигания бензиновых ДВС; В 2011 году Mazda заявила, что в новых роторных двигателях будут применяться лазерные свечи зажигания; Единственным готовым исполнением лазерной свечи зажигания роторных двигателей является система HiPolas австрийского производства, цена которой составляет $. 8

6.Научно-техничекий задел В Институте Лазерной Физики НИУ ИТМО имеется большой опыт в создании и разработке лазерных систем космического базирования: Разработан и включен в состав космического аппарата высотомер-вертикарнт для проекта Фобос-Грунт; Выполнена эскизная проработка по созданию канала космической связи между двумя геостационарными спутниками по заказу ИСС им. Решетнева; Выполнено 2 этапа работы по созданию системы единого времени; Выполнен аванпроект «Оптика-перенос» РИРВ по созданию стандарта частоты космического базирования; Участие в работе «Луна-Ресурс» Дальномерный канал системы контроля космического пространства в обсерватории г. Зеленчук 9

6.Научно-техничекий задел В 2012 году В. В. Виткин победил в конкурсе правительства Санкт-Петербурга «Молодые. Дерзкие. Перспективные» с работой «Лазерное зажигание». Награжден золотой медалью «За успехи в научно- техническом творчестве» в номинации «Лучший молодежный проект в области оптико-электронного приборостроения» по итогам Международного форума OPTICS-EXPO Победитель конкурса научно-исследовательских и инновационных проектов среди студентов и аспирантов НИУ ИТМО «The Big Bang». Лауреат стипендии имени выдающихся ученых молодым ученым и специалистам ОАО «ГОИ им. С.И. Вавилова» 2 степени. Лауреат премии для поддержки талантливой молодежи в 2013 г. в рамках приоритетного национального проекта «Образование». Минобрнауки России, приказ N 1151 от 15 октября 2013 г. 10

7. Текущий статус проекта Разработан технический проект «Устройство лазерного зажигания для воспламенения несамовоспламеняющихся топливных компонентов в ракетных двигателях»; Выполнен НИОКР по определению технических характеристик системы лазерного зажигания для ракетных двигателей; Проведен успешно эксперимент по поджигу бензиново- кислородной топливной смеси. 11

Спасибо за внимание! Владимир Владимирович Виткин