В СПбГУ создали цифровой инструмент для удешевления космических запусков

Специалисты Санкт-Петербургского государственного университета разработали программный комплекс PAINeT, предназначенный для высокоточного моделирования тепловых нагрузок при проектировании многоразовых космических аппаратов. По мнению авторов проекта, использование нового инструмента позволит оптимизировать системы теплозащиты, снизить их массу и, как следствие, уменьшить затраты на вывод полезной нагрузки на орбиту.

Сокращение стоимости космических запусков входит в число приоритетных задач национальной программы развития отрасли. Согласно официальным планам, к 2036 году цена доставки одного килограмма груза в космос должна снизиться с нынешних 500 тысяч рублей до 200 тысяч. Разработка учёных СПбГУ рассматривается как один из технологических факторов, способных приблизить достижение этой цели.

Программный комплекс PAINeT предоставляет инженерам расширенные возможности для расчёта тепловых потоков, воздействующих на поверхность летательного аппарата. Более точные вычисления позволяют проектировать облегчённые системы тепловой защиты без ущерба для надёжности. Это даёт возможность увеличить массу полезного груза при сохранении прежней стоимости запуска, что напрямую повышает экономическую эффективность космических миссий.

Как пояснил руководитель проекта, старший научный сотрудник кафедры гидроаэромеханики СПбГУ Владимир Истомин, тепловая защита играет ключевую роль в сохранности аппаратов, подвергающихся экстремальному нагреву — например, при входе в атмосферу или полётах на высоких скоростях в плотных её слоях. Сложность расчётов связана с большим количеством физико-химических процессов, происходящих в высокотемпературных газовых потоках и приводящих к сильным неравновесным состояниям.

Ранее подобные эффекты зачастую упрощались или вовсе игнорировались: инженеры опирались на усреднённые экспериментальные данные и приближённые формулы. PAINeT позволяет уйти от таких допущений. Программный комплекс объединяет несколько вычислительных модулей, специализированные базы данных и алгоритмы машинного обучения, которые ускоряют расчёты, не снижая их точности.

Разработчики подчёркивают, что ключевое отличие PAINeT от существующих аналогов заключается в сочетании детализированных кинетических моделей с нейросетевыми методами. Такой подход обеспечивает более корректный учёт параметров, включая электронное возбуждение молекул, которое критически важно для определения тепловых нагрузок. При этом система не требует сложной адаптации под конкретные задачи и демонстрирует высокую производительность сразу после внедрения.

Ожидается, что PAINeT найдёт широкое применение в аэрокосмической отрасли — при создании многоразовых аппаратов для доставки грузов на Международную космическую станцию, перспективную российскую орбитальную станцию, а также в рамках будущих межпланетных программ. Помимо этого, комплекс может использоваться при проектировании высокоскоростных и гиперзвуковых летательных аппаратов, работающих в плотных слоях атмосферы, и в фундаментальных научных исследованиях.