| Kết quả đạt được |
1. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mẫu thử nghiệm tên lửa mang TV-02 có chức năng đưa payload lên khí quyển tầng cao (Nhánh 1 – Học viện Kỹ thuật Quân sự)
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, thử nghiệm thành công mẫu tên lửa nghiên cứu TV-02 có chức năng đưa payload (các hệ thống thiết bị nghiên cứu khoa học) với khối lượng 5kg lên khí quyển tầng cao. Tên lửa nghiên cứu TV-02 có kết cấu 02 tầng động cơ nhiên liệu rắn, 01 tầng công tác chứa payload, làm việc trong dải vận tốc rộng (vận tốc lớn nhất xấp xỉ M=3), quá tải làm việc lớn (xấp xỉ 30G), dải độ cao bay lớn (đến 40km). Việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo mẫu tên lửa có tính năng tương đương như trên là nhiệm vụ KHCN lần đầu tiên được triển khai thực hiện tại điều kiện Việt Nam. Toàn bộ các hệ thống thành phần của tên lửa nghiên cứu TV-02 được thiết kế, chế tạo bằng nguồn nhân lực, trang thiết bị công nghệ trong nước, hầu hết sử dụng vật tư trong nước. Kết cấu tổng thể của tên lửa nghiên cứu TV-02 được trình bày trên hình 1.
Hình 1. Kết cấu tổng thể tên lửa nghiên cứu TV-02
Các giai đoạn hoạt động của tên lửa TV-02 bao gồm:
- Giai đoạn phóng: tên lửa được phóng theo phương thẳng đứng từ giá phóng có ray dẫn hướng, góc phóng nằm trong giới hạn từ 82° đến 87° và được xác định phụ thuộc vào điều kiện của bài bắn.
- Giai đoạn tách tầng 1 và giữ chậm. Sau khi động cơ tầng 1 cháy hết, hệ thống điều khiển ra lệnh điểm hỏa tách tầng 1. Tên lửa tiếp tục bay lên dưới tác dụng của quán tính trong khoảng thời gian xác định (thời gian giữ chậm được xác định thông qua việc tối ưu hóa độ cao bay lớn nhất có thể đạt được của tên lửa). Trong giai đoạn này, hệ thống điều khiển sẽ điều khiển để tên lửa bay lên đạt góc lệch quỹ đạo so với phương ngang xấp xỉ 90°.
- Giai đoạn khởi động động cơ tầng 2, tăng tốc tên lửa. Đến thời điểm xác định, hệ thống điều khiển ra lệnh khởi động động cơ tầng 2. Trong giai đoạn này, hệ thống điều khiển chủ yếu thực hiện chức năng ổn định quỹ đạo. Vận tốc tên lửa đạt giá trị lớn nhất xấp xỉ gấp 3 lần vận tốc âm thanh (M=3).
- Giai đoạn bay đạn đạo và tách payload. Dưới tác dụng của quán tính, tên lửa chuyển động đạn đạo trong không gian đạt độ cao cần thiết. Đến thời điểm xác định trước theo chương trình hoạt động, hệ thống điều khiển thực hiện điểm hỏa cơ cấu tách payload, các payload được đẩy ra ngoài không gian để thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu khoa học.
Sơ đồ mô tả các giai đoạn hoạt động theo chức năng của tên lửa TV-02 được trình bày trên hình 2.
Hình 2. Các giai đoạn làm việc của tên lửa TV-02
Các thông số kỹ thuật chính của tên lửa nghiên cứu TV-02 và các hệ thống thành phần được trình bày trong bảng 1.
Bảng 1. Các thông số kỹ thuật chính của tên lửa nghiên cứu TV-02
|
TT
|
Tên thông số, đơn vị
|
Giá trị
|
|
1
|
Các thông số chung
|
|
1.1
|
Chiều dài tên lửa, mm
|
3.681
|
|
1.2
|
Đường kính lớn nhất, mm
|
233
|
|
1.3
|
Khối lượng phóng lớn nhất, kg
|
99,7
|
|
1.4
|
Độ cao bay lớn nhất, km
|
37.25
|
|
1.5
|
Khối lượng tải trọng có ích, kg
|
5
|
|
1.6
|
Cự ly bay lớn nhất (tương ứng với độ cao lớn nhất), km
|
25
|
|
1.7
|
Hệ thống điều khiển ô-tô-nôm
|
|
|
1.8
|
Tên lửa 02 tầng động cơ nhiên liệu rắn, 01 tầng chứa hệ thống điều khiển và tải trọng có ích
|
|
|
2
|
Các thông số tầng 1
|
|
2.1
|
Chiều dài tầng 1, mm
|
1.088
|
|
2.2
|
Đường kính lớn nhất, mm
|
233
|
|
2.3
|
Khối lượng tầng 1, kg
|
59,4
|
|
2.4
|
Khối lượng thuốc phóng tầng 1, kg
|
29
|
|
2.5
|
Lực đẩy động cơ tầng 1, N
|
21.000
|
|
2.6
|
Thời gian làm việc của động cơ tầng 1, giây
|
2,6
|
|
3
|
Các thông số tầng 2
|
|
3.1
|
Chiều dài tầng 2, mm
|
1501
|
|
3.2
|
Đường kính tầng 2, mm
|
122
|
|
3.3
|
Khối lượng tầng 2, kg
|
26
|
|
3.4
|
Khối lượng thuốc phóng tầng 2, kg
|
31,2
|
|
3.5
|
Lực đẩy động cơ tầng 2, N
|
6.250
|
|
3.6
|
Thời gian làm việc của động cơ tầng 2, giây
|
4,25
|
|
4
|
Các thông số tầng 3 (tầng chứa payload)
|
|
4.1
|
Chiều dài tầng 3, mm
|
1.092
|
|
4.2
|
Đường kính tầng 3, mm
|
120
|
|
4.3
|
Khối lượng tầng 3, kg
|
9,1
|
Hệ thống động cơ tên lửa bao gồm động cơ tầng 1 và động cơ tầng 2. Cả hai động cơ đều sử dụng nhiên liệu rắn RSI-2M. Để chế tạo thành công động cơ của các tầng, ngoài việc phải thực hiện các nghiên cứu tính toán, thiết kế, mô phỏng qua nhiều bước của chu trình thiết kế, còn phải thực hiện nhiều thử nghiệm phân đoạn để kiểm tra, đánh giá, hiệu chỉnh tính năng kỹ thuật của các động cơ tên lửa. Sơ đồ kết cấu và hình ảnh thử nghiệm của động cơ tầng 1, tầng 2 được trình bày trên hình 3, 4.
Hình 3. Sơ đồ kết cấu và hình ảnh thử nghiệm động cơ tầng 1.
Hình 4. Sơ đồ kết cấu và hình ảnh thử nghiệm động cơ tầng 2.
Hệ thống điện – điều khiển tên lửa nghiên cứu TV-02 bao gồm: Hệ thống kiểm tra tên lửa và điều khiển phóng (gọi tắt là Trạm mặt đất) và Hệ thống điều khiển trên khoang tên lửa. Trạm mặt đất là hệ thống kiểm tra đạn tên lửa sau lắp ráp hoặc trước khi phóng và điều khiển chu trình phóng từ xa đối với tên lửa để bảo đảm an toàn cho người, phương tiện dưới mặt đất. Sơ đồ chức năng của Trạm mặt đất được trình bày trên hình 5. Nhiệm vụ cụ của Hệ thống điều khiển trên khoang là đảm bảo: trình tự khởi động động cơ tầng I phóng tên lửa; ổn định các góc (Yaw, Roll) của tên lửa trong suốt quá trình bay; điều khiển góc Pitch (ϑ) tên lửa từ góc phóng ban đầu tới góc mong muốn hướng tới điểm K cho trước trong không gian; ổn định quỹ đạo của tên lửa trong thời gian tới điểm K (ổn định góc tầm ϑ(t)=87°÷88°); xác định các thời điểm khởi động tầng I, cắt tầng I, khởi động tầng II, tách Payload và điều khiển kích hoạt các ngòi hỏa thuật tương ứng với các thời điểm trên. Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển được trình bày trên hình 6. Hệ thống điện-điều khiển sau khi được thiết kế, chế tạo thành công đã trải qua các thử nghiệm môi trường như: thử chịu quá tải, thử rung xóc với tần số cao, thử va đập,... để kiểm tra khả năng chịu tải và hoạt động của hệ thống.
Hình 5. Sơ đồ chức năng Trạm mặt đất
Hình 6. Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển trên khoang
Hệ thống kết cấu thân cánh, cơ cấu tách tầng, tách payload có tác dụng liên kết các hệ thống thành phần của tên lửa để tạo thành một chỉnh thể về kết cấu, cố định payload trên khoang, thực hiện tách tầng tên lửa và tách payload theo chương trình điều khiển định trước. Kết cấu cánh ổn định tầng 1 có dạng cánh lưới. Đặc điểm nổi trội của cánh lưới là có khối lượng nhẹ, tăng độ ổn định tĩnh cho tên lửa. Kết cấu khoang chứa payload có cấu tạo đặc biệt dạng “vỏ đỗ”, đến thời điểm thích hợp, khoang được tách thành 2 phần và giải phóng payload. Sơ đồ hệ thống kết cấu được trình bày trên hình 7. Để kiểm tra độ bền kết cấu và độ tin cậy hoạt động của hệ thống, đề tài đã thực hiện các thử nghiệm phân đoạn tách tầng, tách payload, thử nghiệm chịu quá tải,...
Hình 7. Sơ đồ hệ thống kết cấu của tên lửa nghiên cứu TV-02
Sau khi chế tạo thành công, tên lửa nghiên cứu TV-02 đã được tiến hành thử nghiệm bắn bay tại Trường bắn Quốc gia Khu vực 1 (Lục Ngạn, Bắc Giang). Kết quả thử nghiệm cho thấy tên lửa nghiên cứu TV-02 hoạt động ổn định, đúng chức năng, theo đúng chương trình điều khiển đã xác lập trước, các hệ thống thành phần của tên lửa hoạt động đúng chức năng, đảm bảo tính năng kỹ thuật. Hình ảnh về thử nghiệm tên lửa được trình bày trên các hình 8-10.
Hình 8. Tên lửa hoàn chỉnh trên giá phóng
Hình 9. Tên lửa trên quỹ đạo
Hình 10. So sánh kết quả đo đạc vận tốc và kết quả tính toán mô phỏng
2. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các thiết bị thông tin, truyền thông, điều khiển và quan trắc sử dụng trong tên lửa nghiên cứu (Nhánh 2 – Trung tâm Tin học và Tính toán)
Hệ thống thiết bị khoa học trên khoang (các thiết bị thông tin, truyền thông, điều khiển, quan trắc), hệ thống trạm mặt đất giám sát bay do Trung tâm Tin học và Tính toán/Viện Hàn lâm KH&CN VN chủ trì thực hiện và tự phát triển. Sau khi được chế tạo và thử nghiệm tính năng thành công, hệ thống được tích hợp lên tên lửa nghiên cứu TV-02 để thực hiện các nhiệm vụ đo đạc, ghi dữ liệu và truyền thông vô tuyến trong quá trình bay thử nghiệm. Sơ đồ tổng thể hệ thống giám sát trạng thái tên lửa được trình bày trên hình 11. Sơ đồ khối của payload được trình bày trên hình 12.
Sau khi được lắp ráp tích hợp, đề tài đã chế tạo thành công payload, bao gồm 2 phiên bản như sau: phiên bản payload dạng đăng ký trong TMĐT (hình 13) và phiên bản payload dạng phi tiêu (hình 14). Trước khi lắp ráp, tích hợp lên tên lửa để thử nghiệm bắn bay, payload đã được thử nghiệm kiểm tra tính năng tại điều kiện mặt đất nhiều lần, cũng như được lắp lên khinh khí cầu để thử nghiệm đo đạc, truyền thông vô tuyến. Trong thử nghiệm bắn bay tại hiện trường, payload hoạt động theo chức năng, thực hiện đo đạc, thu thập, truyền thông tin và xây dựng online quỹ đạo, tư thế tên lửa.
Hình 11. Sơ đồ tổng thể hệ thống giám sát trạng thái tên lửa
Hình 12. Sơ đồ khối của payload
Hình 13. Cấu tạo của Payload dạng cơ bản
Hình 14. Cấu tạo của Payload dạng phi tiêu
Hệ thống các thiết bị đo đạc trên khoang PMC đạt được theo đúng đăng ký và có những điểm nổi bật sau:
+ Gia tốc sử dụng 2 bộ 3 chiều, 1 thang đo đến 16G độ chính xác cao để tính toán tư thế tên lửa khi bay không có động cơ hoạt động, 1 thang đo đến 100G để giám sát khi động cơ hoạt động.
+ Đo độ cao vượt trội gồm 3 nguồn IMU, GNSS và barometer. Khi không có mất ổn định tên lửa thì sai số 3 độ cao 3 hệ thống dưới 10%.
+ Tính toán chuyển động: tốc độ, dịch chuyển trong không gian, tư thế xoay, lắc, gật tổng hợp từ các thông số đo đạc nội tại. Được thực hiện trong các lần bắn, hiển thị đồ họa trực quan theo thời gian thực để giám sát quá trình bay.
+ Thông tin về vị trí rơi của PMC được truyền về trung tâm giúp cho quá trình thu hồi được chính xác và nhanh chóng.
Hệ thống giám sát bay giao tiếp vô tuyến sử dụng 2 kênh độc lập, truyền dẫn ổn định trong toàn bộ quá trình phóng lên, bay và rơi. Hệ thống phần mềm mặt đất (GCS) thể hiện trực quan đồ thị thời gian thực trạng thái tư thế, vị trí, quỹ đạo, tốc độ, gia tốc, độ cao, áp suất, nhiệt độ và độ ẩm.
Hệ thống ghi dữ liệu và truyền thông vô tuyến được nghiên cứu thiết kế và chế tạo gồm 2 hệ thống là hệ thống thu định hướng và hệ thống thu vô hướng.
Hệ thống trợ giúp tìm kiếm thu hồi PMC khi trở về mặt đất có thể phủ sóng 5 đến 10km trong điều kiện rừng núi, khoảng cách truyền tin có thể hơn 200km trên không.
3. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị khoa học đo đạc thông số khí quyển tầng cao (Nhánh 3 – Viện Vật lý Địa cầu)
Hệ thống đo khí quyển tầng cao do Viện Vật lý Địa cầu/Viện Hàn lâm KH&CN VN chủ trì thực hiện và tự phát triển trên cơ sở tư vấn, chuyển giao công nghệ của chuyên gia LB Nga. Sau khi được chế tạo và thử nghiệm tính năng thành công, hệ thống được tích hợp lên tên lửa nghiên cứu TV-02 để thực hiện các nhiệm vụ đo đạc thông số khí quyển (nhiệt độ, áp suất, tốc độ gió, độ ẩm…).
Thiết bị quan trắc khí tượng là một mạch đo các thông số khí tượng và gửi các thông số đó về mặt đất qua sóng RF, thiết bị được bảo vệ bởi một khối cầu tròn bằng sợi thủy tinh (hình 15). Sơ đồ khối thiết bị quan trắc khí tượng được trình bày trên hình 16. Đã xây dựng phần mềm điều khiển và hiển thị dữ liệu trên máy tính, giao diện phần mềm được trình bày trên hình 17.
 
Hình 15. Hình ảnh khối cầu khí tượng
Hình 16. Sơ đồ khối thiết bị quan trắc khí tượng MMS-A
Hình 17. Màn hình hiển thị trên phần mềm
Để cung cấp đầu vào đảm bảo chất lượng cho các mô hình khí tượng, cần thực hiện đồng hóa số liệu. Dựa trên các bộ số liệu thu thập được, thực hiện đồng hóa số liệu bề mặt cao không và đồng hóa số liệu vệ tinh. Sơ đồ khối chương trình tự đồng hóa số liệu quan trắc và các bước thực hiện đồng hóa số liệu vệ tinh được trình bày trên hình 18, 19.
Hình 18. Sơ đồ chương trình tự đồng hóa số liệu quan trắc
Hình 19. Các bước thực hiện đồng hóa số liệu vệ tinh
4. Bài báo đã công bố
4.1. Bài báo quốc tế:
[1]. Hiep Van Nguyen, et al. Observationand Simulation of Wind Speed and Wind Power Density over Bac Lieu Region. Advances in Meteorology (Article ID 8823940) (ISI, IF = 1.4 (Q2 in Geophysics)).
[2]. Vu Dan Thanh Le, Anh Tuan Nguyen*, Lac Hong Nguyen, Ngoc Thanh Dang, Ngoc Doan Tran, Jae-Hung Han. Effectiveness analysis of spin motion in reducing dispersion of sounding rocket flight due to thrust misalignment. International Journal of Aeronautical and Space Sciences (Đã được chấp nhận đăng, 4/2021, Manuscript number KSAS-D-20-00133), ISSN 2093-274X (ISI, IF = 0.51, Q3 in Aerospace Engineering).
[3]. Pham Hong Quang, et al. On balloon and rocket research projects in Vietnam: Some primary calculations and designs for multi-stage lunching vehicle. Proceedings of 24th ESA Symposium on European Rocket and Balloon Programmes and Related Research (ISSN 0379-6566).
5.2. Bài báo trong nước
[1]. Pham Hong Quang, et al. Analytical approach to determine optimal critical time sequence for maximizing altitude of multi-stage sounding rockets. Journal of Mathematical Applications. Vol XVII, N1, 2019, pp. 77-98.
[2]. Lê Vũ Đan Thanh, Nguyễn Anh Tuấn. Tính toán động lực bay cho mẫu tên lửa TV-02. Tuyển tập Công trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí toàn quốc lần thứ 22, 2020, trang 744-749. ISBN 978-604-979-703-3.
[3]. Dương Văn Quang, Nguyễn Anh Tuấn, Phạm Chung. Tính toán độ bền thân tên lửa sử dụng động cơ nhiên liệu rắn. Tuyển tập Công trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí toàn quốc lần thứ 22, 2020, trang 687-695. ISBN 978-604-979-703-3.
[4]. Đinh Hoàng Quân, Đặng Ngọc Thanh. Mô phỏng trực tiếp sự xuất hiện và lan truyền giao thoa khí động của nhiễu sóng Mach trong dòng không dừng. Tuyển tập Công trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí toàn quốc lần thứ 22, 2020, trang 670-676. ISBN 978-604-979-703-3.
[5]. Đinh Hoàng Quân. Mô phỏng trực tiếp hiện tượng giao thoa khí động bên trong lớp biên bề mặt cánh mép nhọn trong dòng siêu thanh. Tuyển tập Công trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí toàn quốc lần thứ 22, 2020, trang 662-669. ISBN 978-604-979-703-3.
[6]. Nguyễn Thế Dũng, Phạm Thành Đồng, Lê Quang Quyền, Trịnh Văn Khang, Đặng Ngọc Thanh. Nghiên cứu thiết kế cụm loa phụt của động cơ tầng 1 sử dụng trong tên lửa TV-02. Tuyển tập Công trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí toàn quốc lần thứ 22, 2020, trang 180-188. ISBN 978-604-979-703-3.
[7]. Nguyễn Thế Dũng, Phạm Thành Đồng, Lê Quang Quyền, Nguyễn Ngọc Bình, Lại Hợp Dũng, Nguyễn Ngọc Du, Mai Khánh, Đặng Ngọc Thanh, Nguyễn Lạc Hồng. Nghiên cứu tính toán thiết kế động cơ tầng 2 của tên lửa TV-02. Tuyển tập Công trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí toàn quốc lần thứ 22, 2020, trang 189-198. ISBN 978-604-979-703-3.
[8]. Nguyễn Thế Dũng, Phạm Thành Đồng, Lê Quang Quyền, Nguyễn Ngọc Bình, Lại Hợp Dũng, Nguyễn Ngọc Du, Mai Khánh, Đặng Ngọc Thanh, Nguyễn Lạc Hồng. Nghiên cứu tính toán thiết kế động cơ tầng 1 của tên lửa TV-02. Tuyển tập Công trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí toàn quốc lần thứ 22, 2020, trang 199-208. ISBN 978-604-979-703-3.
[9]. Nguyễn Lạc Hồng, Nguyễn Anh Tuấn, Lê Vũ Đan Thanh, Nguyễn Văn Hiệp, Nguyễn Tiến Mạnh, Phạm Lê Khương, Nguyễn Đức Nam. Đánh giá tản mát của tên lửa nghiên cứu. Hội nghị Khoa học kỷ niệm 45 năm thành lập Viện Hàn lân KH&CN Việt Nam, Tiểu ban Công nghệ thông tin, Điện tử, tự động hóa và Công nghệ vũ trụ, Hà Nội, 14/10/2020, trang 154-160. ISBN 978-604-9985-06-5.
5. Phát minh sáng chế
01 sáng chế được chấp nhận đơn hợp lệ
Tên sáng chế: Giá thử nghiệm và phương pháp thử nghiệm chịu quá tải dọc trục lớn đối với thiết bị bay, tên lửa
6. Kết quả tham gia đào tạo
6.1. Tiến sĩ
[1]. Nguyễn Thế Dũng. Khảo sát chế độ làm việc ổn định của đctl nhiên liệu rắn có sơ đồ liên hợp với liều phóng cơ bản làm từ thuốc phóng keo (đã bảo vệ cấp cơ sở).
[2]. Phạm Lê Khương. Ứng dụng số liệu sóng vô tuyến và mô hình số trị để nghiên cứu đánh giá một số thông số khí quyển tại một số khu vực của Việt Nam (đang thực hiện).
[3]. Phạm Chí Công. Nghiên cứu, đánh giá điều kiện truyền sóng vô tuyến trong khí quyển khu vực Hà Nội sử dụng phương pháp cắt lớp vô tuyến (đang thực hiện).
6.2. Thạc sĩ
[1]. Nguyễn Anh Tuấn. Nâng cao độ chính xác hệ thống đế ổn định trên tên lửa đạn đạo theo nguyên lý hấp thụ rung thụ động.
[2]. Trần Doãn Thể. Nghiên cứu, tổng hợp hệ thống ổn định tên lửa phòng không có điều khiển.
[3]. Đặng Đức Đạt. Phân tích, tổng hợp hệ tự động ổn định trên khoang tên lửa thích nghi với tác động ngoài theo các kênh chuyển động gật và liệng.
[4]. Ngô Văn Hiển. Tổng hợp bộ điều khiển cho hệ tự động ổn định trên khoang tên lửa theo phương pháp biểu đồ hệ số.
|
Quản lý chương trình 
