Формирование схемных решений систем разделения ракет-носителей сверхлегкого класса на основе архитектурного моделирования и их классификации по схемообразующим признакам

Миниатюризация, рост номенклатуры и количества полезных нагрузок, а также ужесточение требований к срокам и точности их размещения на орбите привели к интенсивному развитию за рубежом транспортных систем на основе ракет космического назначения легкого и сверхлегкого классов. В то же время отечественный опыт и методическое обеспечение создания таких ракет отсутствуют. Для разработки их элементов используют отработанные для средних/тяжелых ракет конструкции и методы их расчета путем их масштабирования и адаптации, что в отрыве от актуального контекста проектирования ведет к неэффективным решениям. Для решения этой проблемы на примере системы разделения головного обтекателя ракет космического назначения сверхлегкого класса поставлены две задачи и предложен метод их решения. Первая задача направлена на увязку внешнего и внутреннего этапов проектирования с использованием метода модельно-ориентированного архитектурного проектирования ARCADIA, чтобы получить формальный механизм трансляции требований верхнего уровня, предъявляемых к ракетам космического назначения в целом к конкретным требованиям для систем разделения. Вторая задача — получение инструмента формирования возможных вариантов схемных решений реализации системы разделения, в качестве которого предложена новая классификация систем разделения по схемообразующим признакам. Полученный результат планируется развить до уровня прикладных моделей с сохранением их связи с концептуальными моделями вышестоящих уровней проектирования систем разделения головного обтекателя ракет космического назначения сверхлегкого класса.
EDN: AWLSOG, https://elibrary/awlsog

Литература

[1] Kulu E. Small launchers — 2023 industry survey and market analysis. 74TH IAC, 2023. URL: https://www.researchgate.net/publication/374557499_Small_Launchers_-_2023_Industry_Survey_and_Market_Analysis (дата обращения: 15.02.2026).

[2] Фролов К.В. Машиностроение. Т. IV-22. Кн. 1. Расчет и конструирование машин. Москва, Машиностроение, 2012. 924 с.

[3] Li Y.H., Wang J.C., Xiong S.H. et al. Numerical study of separation characteristics of piston-type explosive bolt. Shock Vib., 2019, vol. 2019, art. 092796, doi: https://doi.org/10.1155/2019/2092796

[4] Мишин В.П., ред. Основы проектирования летательных аппаратов (транспортные системы). Москва, Машиностроение, 1985. 360 с.

[5] Кондратьев А.В., Чумак А.А., Стэнилэ К.Д. Сравнение систем крепления и отделения современных композитных головных обтекателей ракет-носителей. В: Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. Харьков, ХАИ, 2012, с. 165–177.

[6] Оленин И.Г. Разработка углепластиковой стержневой системы разделения продольного стыка головных обтекателей. Дисс. … канд. тех. наук. Москва, 2001. 106 с.

[7] Sanchez A., Halter U., Gerngross T. RUAG’s approach to develop a modular low shock separation and jettison system. 8TH EUCASS, 2019, doi: https://doi.org/10.13009/EUCASS2019-745

[8] Karl C., Esteves J., Faber J. et al. Development of low-shock separation systems for payload fairings. 10?? EUCASS – 9?? CEAS, 2023, doi: https://doi.org/10.13009/EUCASS2023-395

[9] Грабин Б.В., Давыдов О.И., Жихарев В.И. Основы конструирования ракет-носителей космических аппаратов. Москва, Машиностроение, 1991. 415 с.

[10] Пауков Д.И. Современные подходы к проектированию систем космических аппаратов. Авиация и космонавтика. Тез. 23-ей Межд. конф. Москва, Перо, 2024, с. 209–210.

[11] Колесников К.С., Кокушкин В.В., Борзых С.В. и др. Расчет и проектирование систем разделения ступеней ракет. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 376 с.

[12] Круглов Г.Е. Аналитическое проектирование механических систем. Самара, СГАУ им. С.П. Королева, 2001. 131 с.

[13] Oh C., Sun B., Park Y. et al. Payload fairing separation analysis using constraint force equation. Int. Conf. on Control, Automation and Systems, 2010. URL: https://www.researchgate.net/publication/251976569_Payload_fairing_separation_analysis_using_constraint_force_equation (дата обращения: 10.02.2026).

[14] Wang H., Hong J., Meng D. et al. Numerical simulation of the effect of elastic deformation on the fairing separation process. J. Phys.: Conf. Ser., 2023, vol. 2599, art. 012007, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2599/1/012007

[15] Tayefi M., Ebrahimi M. Design and analysis of separation systems based on an optimization approach. 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2009, doi: https://doi.org/10.2514/6.2009-436

[16] Борисов В.Д. Проблемы проектирования механических систем разделения для РКН сверхлегкого класса и пути их решения с использованием методов цифрового прототипирования. Авиация и космонавтика. Тез. 23-ей Межд. конф. Москва, Перо, 2024, с. 182–183.

[17] Lin J., Wang X., Zhao Z. et al. Modeling and experimental study on dynamics of a gas-driven split nut device. Research Square Preprint, 2022, doi: https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-2095904/v1

[18] Hold down & release mechanism (HDRM). nyuad-space.github.io: веб-сайт. URL: https://nyuad-space.github.io/projects/hdrm/ (дата обращения: 10.02.2026).

[19] Lee M.S., Jo J.U., Tak W.J. et al. Shape memory alloy (SMA) based non-explosive separation actuator (NEA) with a redundant function. Int. J. Precis. Eng. Manuf., 2011, vol. 12, no. 3, pp. 569–572, doi: https://doi.org/10.1007/s12541-011-0072-1

[20] Tibbitts S. High output paraffin actuators: utilization in aerospace mechanisms. The 22nd Aerospace Mechanisms Symposium. NASA, Langley Research Center, 1988. 22 p.

[21] Augustijn J., Grimminck M., Bongers E. et al. Development of nonexplosive low shock (NELS) holddown and release system. 16th European Space Mechanisms and Tribology Symposium, 2015. URL: https://www.esmats.eu/esmatspapers/pastpapers/pdfs/2015/augustijn.pdf (дата обращения: 10.02.2026).

[22] Lee J., Han J.H. Separation and release devices for aeronautical and astronautical systems: a review. Int. J. Aeronaut. Space Sci., 2025, vol. 26, no. 1, pp. 131–161, doi: https://doi.org/10.1007/s42405-024-00802-9

[23] Кургузов А.В., Ермаков В.Ю., Туфан А. и др. Концептуальный подход к применению в системах разделения ракет-носителей замкового устройства шарикового типа без пиротехники. Вестник МАИ, 2024, т. 31, № 4, c. 55–64. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=183584

[24] TiNi Frangibolt Actuator. URL: https://www.ebad.com/wp-content/uploads/2021/03/TiNi_Frangibolt_Actuator_released_11-29-21.pdf (дата обращения: 10.02.2026).

[25] Non-explosively actuated release mechanisms and cell bypass switches. URL: https://cms.nacsemi.com/Images/FeaturedProducts/Eaton_Non-Explosive%20Actuators.pdf (дата обращения: 02.02.2026).

[26] Pan X., Zhang Y., Lu Y. et al. A reusable SMA actuated non-explosive lock-release mechanism for space application. Int. J. Smart Nano Mater., 2020, vol. 11, no. 1, pp. 65–77, doi: https://doi.org/10.1080/19475411.2019.1711462

[27] Hwang D.-H., Lee J., Han J.-H. et al. Numerical analysis and simplified mathematical modeling of separation mechanism for the ball-type separation bolt. J. Korean Soc. Propuls. Eng., 2016, vol. 20, no. 3, pp. 63–70, doi: https://doi.org/10.6108/kspe.2016.20.3.063

[28] Swaminathan R., Sarojini D., Hwang J. Integrating MBSE and MDO through an extended requirements-functional-logical-physical (RFLP) framework. AIAA AVIATION Forum, 2023, art. 3908, doi: https://doi.org/10.2514/6.2023-3908

[29] Kleiner S., Kramer C. Model based design with systems engineering based on RFLP using V6. In: Smart product engineering. Springer, 2013, pp. 93–102, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-30817-8_10

[30] Сухомлин В.А., Романов В.Ю., Гапанович Д.А. Введение в модельно-ориентированную системную и программную инженерию (MBSSE). Москва, МАКС Пресс, 2024. 672 с.

[31] Roques P. Systems architecture modeling with the arcadia method. Elsevier, 2017. 292 p.

[32] Горбачев Я.Г., Платунов А.Е., Пинкевич В.Ю. и др. Киберфизические системы. Методы высокоуровневого проектирования. Санкт-Петербург, Ун-т ИТМО, 2022. 48 с.

[33] Lazansky C. Refinement of a low-shock separation system. 41th Aerospace Mechanisms Symposium, 2012, pp. 329–343.

[34] NEA® hold down & release mechanisms (HDRM). ebad.com: веб-сайт. URL: https://www.ebad.com/nea-hold-down-release-mechanisms-hdrm/ (дата обращения: 29.01.2026).

[35] Lucy M.H., Hardy R.C., Kist E.H. et al. Report on alternative devices to pyrotechnics on spacecraft. 10th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites. NASA Langley Research Center, 1996. 22 p.

[36] 2000785N MkII MLB user manual. PSC by Rocket Lab, 2025. 86 p.