– Есть ракета, у ракеты есть двигатель. Одним из основных элементов ракетного двигателя, иначе энергетической установки, является сопло. Внутри сопла тепловая энергия продуктов сгорания преобразуется в кинетическую, или энергию движения, – буквально на пальцах молодой ученый НИИ ПММ ТГУ Иван Еремин пытается объяснить суть своей работы. – Продукты сгорания образуются в камере сгорания, поэтому физико-химические процессы, протекающие в ней, оказывают значительное влияние на параметры внутри сопла. Изучая эти два устройства комплексно можно более точно определять параметры сопла, его энерготяговые характеристики и «живучесть».

Объяснить «просто» получается с трудом, ведь речь идет о многофазных продуктах сгорания, которые состоят из основной, или «несущей», – газовой фазы и конденсированных фаз – твердых частиц или жидких капель. Основная задача, которая интересует разработчиков энергетических установок: как далеко и как быстро полетит ракета, сколько груза она может нести. Чтобы ответить на эти вопросы, как раз и нужно уметь определять энерготяговые характеристики сопла. В настоящее время эти вопросы хорошо решены в упрощенных физико-математических постановках, разработчики имеют в своем арсенале, как правило, одномерные инженерные методики. Но есть много вопросов, на которые можно получить ответ, решая задачу только в пространственных постановках. Например, сопло изначально подвержено значительным силовым и тепловым нагрузкам, при выпадении частиц конденсированной фазы на стенки сопла оно подвергается дополнительным и силовым, и тепловым нагрузкам. А это существенно влияет на живучесть сопла.
– Мы учитываем, как частицы конденсированной фазы взаимодействуют друг с другом внутри сопла: траектории частиц разных размеров могут пересекаться, при этом они либо коагулируют (слипаются), либо дробятся, – переходит Иван на научный язык. – В результате этих процессов при движении вдоль сопла спектр частиц существенно изменяется. Известно, что более мелкие частицы оказывают меньшее влияние на течение, чем более крупные. Модели, позволяющие учесть указанные эффекты, достаточно сложные и требуют значительных усилий при решении.
В ТГУ под руководством И.М. Васенина и А.А. Глазунова, сложилась одна из лучших школ в этом направлении. Причем все задачи решаются в двух– и трехмерных постановках, в том числе и с использованием высокопроизводительных вычислительных устройств.

От теории – к ракетам
На третьем курсе ФТФ тогда еще студент Иван Еремин начал заниматься численным моделированием электродинамических полей в МГД-генераторе, а затем к работе «подключили» газовую динамику. Тогда при выборе научного руководителя Ивану было все равно, чем и с кем заниматься, но теперь он не жалеет.
– По сути МГД-генераторы – это ракетное сопло с дополнительным каналом, на который навешивается магнитное поле, – возвращается молодой ученый к истокам своей нынешней работы. – При протекании продуктов сгорания по этому каналу за счет свободных электронов снимается электрический ток. Причем снимается ток очень больших мощностей и за очень короткие промежутки времени. Такие устройства могут иметь очень широкое применение, одно из них георазведка. Но в настоящее время в России данная тематика не слишком востребована.
Сейчас Иван заведует лабораторией математической физики НИИ ПММ ТГУ и теперь уже видит реальные приложения своей работы. Месяц назад с космодрома Куру во Французской Гвиане стартовала ракета-носитель «Союз-СТ-Б» с разгонным блоком «Фрегат». Иван входил в состав группы, которая производила расчеты по оценке последствий взрыва «Фрегата» при спуске для «НПО им. С. А. Лавочкина» – одного из крупнейших предприятий ракетно-космической отрасли России.

Просто о сложном
– По сути, любые исследования должны способствовать развитию промышленности, а значит, и улучшению качества жизни людей, – уверен Иван. – Наукоемкая продукция обеспечивает прогресс и развитие – и это уже вполне серьезная причина для того, чтобы выбрать технический факультет.
Правда, сталкиваясь с необходимостью объяснить студентам и школьником, чем он занимается, Иван всегда встает перед выбором: сказать доступно и неправду или честно, но непонятно.
– Если просто сказать: «мы делаем ракеты» – это будет правда, но не вся, – с усмешкой говорит Иван. – Когда ребята приходят к нам на факультет и в институт, то видят, что мы действительно помогаем делать ракеты. Но работа заключается в использовании компьютера, физики и математики. В любом случае нужно работать, не важно, головой или руками.

Татьяна Арсеньева