Космические аппараты и технологии
Статьи журнала - Космические аппараты и технологии
Все статьи: 386
Обзор методов анализа микровибраций
Статья
Известно, что на сегодняшний день проблема микровибраций в конструкциях космических аппаратов является актуальной и широко исследуемой. Работа современных космических аппаратов систем спутниковой геодезии, связи, дистанционного зондирования Земли, космических телескопов связана с использованием бортовой аппаратуры, чувствительной к микровибрации. В большинстве случаев условия для нормального функционирования прецизионной аппаратуры космических аппаратов обеспечиваются за счет работы электромеханических устройств, которые, в свою очередь, являются источниками вибрации. В настоящей статье предпринята попытка осветить основные подходы к анализу микровибраций, которые существуют на данный момент. В этой связи проведен анализ как отечественных, так и зарубежных источников, в которых центральной является проблема анализа микровибраций. Сформулирована проблема микровибраций и ее роль в создании современных космических аппаратов. Приведен литературный обзор по методам и подходам к расчетному и расчетно- экспериментальному анализу микровибраций на космических аппаратах. На основе анализа публикаций по близкой тематике сформулированы задачи, которые должны быть решены в процессе анализа конструкции КА на микровибрации. Выявлены преимущества, недостатки и ограничения существующих подходов и методов.
Бесплатно
Статья
Одним из основных компонентов любого космического аппарата (КА) являются антенны, с помощью которых осуществляется прием и передача информации. Неотъемлемым этапом производства КА является проведение наземной экспериментальной отработки (НЭО) как КА в полном сборе, так и отдельных его частей, в том числе и антенн. После прохождения антенной очередного этапа испытаний необходимо проверить соответствие ее радиотехнических характеристик (РТХ) требованиям, заявленным в техническом задании (технических условиях). Важнейшими характеристиками любой антенны являются её коэффициент усиления (КУ) и коэффициент эллиптичности (КЭ). Цель настоящей статьи – рассмотрение основных методов измерения КУ и КЭ антенн СВЧ-диапазона, описание основных особенностей их применения, рассмотрение преимуществ и недостатков в сравнении с другими методами. В статье рассмотрены такие известные методы измерения коэффициента усиления и коэффициента эллиптичности, как метод трех антенн, метод сравнения, метод плоского экрана. Рассмотрен метод трех антенн на планарном сканере ближнего поля с использованием двух трактов, а также с использованием индикаторного приемника. Описан метод сравнения на коллиматорном антенном полигоне в двух вариантах: с использованием двух эталонных антенн, с помощью одной из которых измеряются амплитуды сигнала, а также с использованием двухканального измерителя мощности.
Бесплатно
Статья
Стержневые заполнители являются новым типом материала для трехслойных панелей и имеют ряд уникальных свойств в сочетании с высокими прочностью и жесткостью. Данный тип заполнителя начал исследоваться относительно недавно и еще не нашел широкого применения в конструкциях. С целью определения основных направлений исследований выполнен обзор существующих типов, методов изготовления, анализа и испытаний стержневых заполнителей. Наиболее популярными типами являются пирамидальный и объемно-центрированный кубический. Выявлены наиболее перспективные методы изготовления в зависимости от исходного материала: трехмерная печать для металлов; укладка, вставные стержни и сборка из нарезанных пластин для композитных заполнителей. В работе рассмотрены вопросы моделирования стержневого заполнителя. С целью сокращения размерности моделей большинством исследователей используются осредненные характеристики заполнителя. Однако практически отсутствуют данные по применимости данного метода во всем диапазоне возможных изменений параметров заполнителя. Методы испытаний сильно ограничены, для их расширения требуется создание и отработка реальных конструкций. Таким образом, дальнейшие исследования должны быть направлены на исследование указанных типов заполнителей, отработку методов их изготовления и испытаний, на повышение точности расчетов и их соответствия реальным конструкциям.
Бесплатно
Обзор эволюции российских космических станций и перспектив их развития
Статья
Представлены история развития российских орбитальных космических станций и перспективы развития этого направления. Рассмотрена значимость их применения для исследования ближнего и дальнего космического пространства. Выполнен краткий обзор советской и российской космических программ по развитию орбитальных станций. Также проанализированы тенденции развития отдельных орбитальных станций, выделены ошибки реализации и методы их решения. Рассмотрены научная значимость орбитальной станции «Мир» и эксперименты, проведенные на ней. Подведены итоги 15-летней работы станции. Проанализированы причины создания, этапы развития Международной космической станции, текущие результаты ее эксплуатации, проводимые научные исследования и эксперименты, а также дальнейшие планы по ее эксплуатации. Кроме того, рассмотрены текущие разработки Российской орбитальной станции, этапы ее развития, планируемые научные эксперименты и изучены перспективы использования орбитальных станций в долгосрочной перспективе. Этот материал может быть использован при написании диссертации, посвященной истории и научной значимости российских орбитальных станций, а также для проведения исследований по анализу ошибок, сравнительному анализу с другими космическими программами и при разработке новых технологий для будущих миссий.
Бесплатно
Обзор электронасосных агрегатов систем терморегулирования космических аппаратов
Статья
В статье дана краткая характеристика условий работы космического аппарата, указаны основные причины нагрева и появления теплового градиента, приводится информация о необходимости перераспределять излишки тепловой энергии. Рассматриваются активные системы терморегулирования и их преимущества, указываются космические аппараты, для которых приоритетно применение систем терморегулирования данного типа. Выделяется электронасосный агрегат как ключевой узел активных систем терморегулирования. Рассматривается электронасосный агрегат с позиции электромеханической системы, выделяются его ключевые элементы. Приводится описание предпочтительных типов насоса, кратко рассматриваются виды активных систем терморегулирования. Подробно рассматривается иностранный и отечественный опыт применения электронасосных агрегатов на борту космических аппаратов, особенности их конструкций, определяются наиболее распространенные типы ключевых элементов. По итогам обзора делается вывод о том, что наиболее актуальной компоновкой электронасосного агрегата является центробежный электронасос с бесколлекторным двигателем постоянного тока и гидродинамическими опорами. Также указывается, что электронасосный агрегат является изделием с большим ресурсом работы и это приводит к усложнению задачи контроля технического состояния с целью предупреждения отказа.
Бесплатно
Облачные технологии и их роль в развитии электронного обучения
Статья научная
Электронное обучение для развития нуждается в организации центров обработки данных (ЦОД). В сфере образования ЦОД позволят создать электронные библиотеки и сделать дистанционное обучение доступнее. Но создание ЦОД образования имеет свою специфику.
Бесплатно
Обобщенная функция желательности Харрингтона для сравнительного анализа технических средств
Статья научная
Рассматривается математический аппарат на основе обобщенной функции желательности Харрингтона для получения относительно точной оценки эффективности в виде конкретного числа, которую можно использовать в дальнейшем анализе технических средств.
Бесплатно
Оборудование для выращивания полупроводниковых гетероструктур в открытом космосе
Статья
Настоящая статья посвящена краткому описанию особенностей оборудования, разработанного в Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова для проведения экспериментов по выращиванию полупроводниковых гетероструктур из молекулярных пучков в открытом космосе в условиях орбитального полета международной космической станции. Описаны конструктивные особенности технологической оснастки и систем управления, предназначенных для реализации процесса эпитаксии многослойных кристаллических пленок. Отработка процессов эпитаксии полупроводниковых пленок в условиях космического пространства позволит выращивать сложные полупроводниковые структуры с резкими границами, служащие основой для создания солнечных элементов, а также приборов современной СВЧ, опто- и микроэлектроники. Каскадные фотоэлектрические преобразователи на основе таких многослойных гетероструктур из полупроводниковых соединений А3В5 обладают высокой эффективностью и радиационной стойкостью и, поэтому, наиболее широко применяются для изготовления космических солнечных батарей. Высокая эффективность таких батарей обусловлена широким спектральным диапазоном, в котором эффективно поглощается солнечное излучение и используется в фотоэлектрическом преобразовании.
Бесплатно
Обоснование выбора материала и технологии изготовления полимерных композиционных материалов
Статья обзорная
Использование композиционных материалов, особенно в космической технике, становится все более актуальным благодаря их уникальным свойствам, которые позволяют эффективно функционировать в экстремальных условиях и сохранять заданные характеристики. В статье представлено исследование полимерных композиционных материалов на основе арамидных волокон и их применение в ракетно-космической промышленности. Цель исследования заключается в обосновании возможностей создания таких композитов и оценке их перспектив для использования в космических аппаратах. В работе определены ключевые физико-механические свойства арамидных волокон и влияние этих свойств на характеристики композиционных материалов на основе эпоксидной матрицы. Также проведен анализ технологий изготовления полимерных композитов со сравнительной характеристикой различных матриц, наполнителей и методов производства. Полученные результаты подтверждают высокий потенциал и целесообразность применения арамидно-эпоксидных композитов в ракетно-космической технике благодаря высокой прочности, легкости и устойчивости к агрессивным средам. Для надежного применения необходимо углубленное исследование устойчивости и долговечности таких материалов в космическом пространстве. Дальнейшие исследования должны охватывать такие аспекты, как ударная стойкость и термическая стабильность, чтобы гарантировать безопасность и надежность будущих конструкций космических летательных аппаратов.
Бесплатно
Статья
В статье исследуются методы интеллектуального анализа телеметрической информации космических аппаратов. Кратко дано текущее состояние и основные недостатки процесса контроля при осуществлении управления полетом космических аппаратов. Устранение недостатков предлагается осуществить внедрением процедур интеллектуализации в части анализа телеметрической информации. На основе методов кластерного анализа данных предложен способ автоматического определения момента возникновения аномалий в состоянии космических аппаратов, которые являются предвестниками нештатных ситуаций. Изложена принципиальная схема работы интеллектуальной системы контроля, построенная на базе использования метода кластерного анализа телеметрической информации космических аппаратов. Обоснованы условия выбора метода и критерия кластеризации с учетом целей, преследуемых при решении задач контроля при управлении полетом космических аппаратов. Приведено математическое описание методов и критериев кластеризации, выбранных для дальнейшей практической апробации. Для апробации предлагаемого метода анализа для различных методов и критериев кластеризации проведены расчеты с использованием архивной телеметрической информации. С точки зрения времени заблаговременного обнаружения аномалии в состоянии для отдельной составной части космических аппаратов делается выбор метода и критерия кластеризации для проведения дальнейших исследований и опытных работ.
Бесплатно
Обслуживаемый космос. Новые достижения и перспективы
Статья
Число работ, направленных на разработку технологий сервисных услуг в космосе, за последние пять лет значительно увеличилось. Кроме таких промышленных гигантов как Orbital-ATK, Northrop Grumman, MDA Ltd., Maxar Technologies на рынок реализации сервисных услуг выходят и стартапы, которые разрабатывают и демонстрируют практически действующие технологии. Учитывая эту тенденцию, ожидается, что в течение ближайших нескольких лет техническое обслуживание в космосе станет одним из актуальных направлений. В статье рассматриваются проектируемые и действующие сервисные космические аппараты зарубежных стран, состояние и направления их развития. Приведены краткие характеристики и возможности сервисных космических аппаратов. Обозначены направления решения основных задач по проектированию и изготовлению перспективных сервисных космических аппаратов. В качестве лидеров серии созданных и создаваемых космических аппаратов сервисного обслуживания более подробно рассмотрены спутники «MEV-1» и «MEV-2», изготовленные компанией Northrop Grumman, «ELSA-d», изготовленный Astroscale и SSTL, а также «OSAM-1» компании Maxar Technologies, позволяющий производить роботизированную дозаправку топливом в космосе и демонстрацию возможности сооружения крупных конструкций в космосе без непосредственного участия со стороны человека. Результаты исследования, проведенного по доступным интернет-источникам, обобщены и представлены в настоящем материале. Цель статьи – проанализировать необходимость, пути и методы развития сервисных услуг, провести оценивание перспектив применяемых технологий.
Бесплатно
Однокристальные вычислительные системы ответственного применения
Статья научная
Рассмотрено современное состояние проблем проектирования электронных систем управления ответственного применения. Изложена общая хронология использования электронных компонент в составе бортовых вычислительных комплексов отечественных космических аппаратов. Приведены общие сведения о элементной базе специального назначения от ведущих мировых производителей. Изложены результаты проектирования библиотечных компонент для однокристального бортового вычислителя.
Бесплатно
Статья научная
Предложен оперативный метод описания переходных процессов в электрических цепях, показано применение метода
Бесплатно
Определение категории устойчивости для распределенных автоматизированных систем управления
Статья
В настоящее время космические системы и средства стали одним из основных инструментов обеспечения боевой и повседневной деятельности вооруженных сил развитых государств мира. В современных условиях космические системы встают в ряд стратегических компонент, устойчивость функционирования которых критична для сохранения военно-стратегического равновесия. Анализ конфликтов последних десятилетий показал тенденцию к смещению противоборства в космическую сферу и киберпространство. Космические системы и средства позволяют существенно повысить боевые возможности войск, а государство, не обладающее возможностью использования средств вооруженной борьбы, размещенных в воздушно-космической сфере, или допустившее просчеты в политике развития и использования своих космических систем и средств, будет обречено на гарантированное поражение в будущих военных конфликтах. Обороноспособность и безопасность Российской Федерации непосредственно зависят от состояния и возможностей средств стратегического предупреждения о подготовке к агрессии, начале ракетно-ядерного нападения, а также качества всестороннего обеспечения космическими силами и средствами армии и флота в мирное и военное время. В связи с этим появилась необходимость осуществить корректировку содержания категории устойчивости функционирования распределенных автоматизированных систем управления.
Бесплатно
Статья научная
Критические напряжения находятся из условий минимума потенциальной энергии системы с использованием уравнения Эйлера вариационной задачи. Получены конечные формулы для случаев осевого и внецентренного сжатия. Приведен порядок расчета. Показано, что расчетные и экспериментальные данные для опорных кронштейнов ракеты-носителя «Космос-3М» дают хорошие совпадения.
Бесплатно
Определение модуля упругости материалов импедансным методом
Статья научная
Эффективно применяемый импедансный метод неразрушающего контроля для элементов космической техники является сравнительным методом обнаружения дефектов материалов. Однако определение деформационных характеристик материалов, в частности модуля упругости, этим методом затруднительно. Цель работы: расширение возможностей импедансного метода для определения модуля упругости материала. Предложен метод локального динамического воздействия на поверхность материала, в котором возможен анализ составляющих механического импеданса с определением модуля упругости материала. Устройство, реализующее данный метод, представляет собой ультразвуковой излучатель с индентором для контактного воздействия на поверхность исследуемого материала. В конструкцию устройства включены датчики ускорения и силы. Ультразвуковой излучатель при одностороннем доступе к объекту оказывает минимальное силовое воздействие на исследуемый материал, что особенно важно при неразрушающем контроле. Для получения информации о физикомеханических характеристиках материала используется частотный диапазон, при котором все сигналы датчиков имеют гармоническую форму. В режиме гармонических колебаний колебательная система «устройство-исследуемый материал» работает как единое целое. Наличие режима гармонических колебаний позволяет при обработке экспериментальных данных о колебательной системе использовать простые математические методы (символический метод анализа систем и правила преобразования электрических цепей) без потери информации об объекте. Предложенный метод позволяет определять модуль упругости материалов в зависимости от частоты механического воздействия с погрешностью не более 10 %.
Бесплатно
Статья
Для передачи СВЧ?энергии и в различных точных приборах часто используют трубы с малым сечением, которые могут быть частью волноводных трактов антенно-фидерных устройств космических аппаратов. Волочение трубчатой заготовки через роликовую фильеру с дорнованием является надежным и технологичным методом изготовления прямолинейных секций волноводного тракта. Цель исследования – разработка методики расчета напряжений в трубчатой заготовке и усилий при волочении, учитывающей трение и изменения пределов текучести материалов. Исследование проводилось методом математического моделирования. Для расчета применялся метод последовательных приближений. Составлен алгоритм и приведены основные формулы для определения искомых параметров. Были проведены расчеты для труб с прямоугольным сечением 3,6х1,8 мм из сплавов М4 и Л63, определены усилия, возникающие при протягивании в дорне, валках и суммарные усилия протягивания. Выявлены и обоснованы на основе расчетов закономерности, возникающие в ходе технологического процесса. Определено влияние геометрии и материалов заготовок на основные технологические параметры. Расчетная модель может быть использована для моделирования технологического процесса, при изготовлении труб малого сечения из других металлов, с учетом изменения их предела текучести в ходе деформации. Метод расчета может быть применен при определении рациональных режимов волочения труб малого сечения.
Бесплатно
Определение остаточного ресурса анизогридной конструкции из полимерного композиционного материала
Статья научная
Рассматривается способ определения остаточного ресурса несущей способности конического адаптера для космического аппарата с использованием кинетической концепции прочности. Адаптер представляет собой сетчатую коническую конструкцию, полученную методом намотки с использованием высокомодульных угольных волокон и полимерной матрицы ЭХД-МД. Результаты экспериментальной проверки длительной прочности показывают эффективность применения кинетической концепции прочности.
Бесплатно
Определение разрушающей нагрузки пластин с отверстием
Статья научная
Определение разрушающей нагрузки авиационных деталей – важнейший аспект проектирования и эксплуатации воздушных судов. От прочностных характеристик материалов и конструкций напрямую зависят безопасность полетов, долговечность компонентов и экономическая эффективность эксплуатации. В связи с этим рассмотрена проблема численного и аналитического расчета разрушающей нагрузки. Разработана программа, реализующая алгоритм определения разрушающей нагрузки с использованием метода конечных элементов в пакете Ansys. Валидация алгоритма выполнена на пластинах с круглым отверстием. Исследованы однородные пластины, изготовленные из сплавов Д16Т и В95, а также комбинированные образцы, состоящие из двух пластин, одна из которых изготовлена из сплава Д16Т, а вторая из сплава В95. В комбинированных образцах в растягиваемой области, где пластины соприкасаются, полагается, что трение, возникающее между их поверхностями, слабо влияет на результаты решения, то есть отсутствует задание каких-либо условий контакта. В области захватов пластины сильно прижимаются друг к другу и жестко фиксируются в захватывающих устройствах. В расчетах используются упругопластические параметры материалов, определенные из испытаний на растяжение гладких образцов без отверстий. Получено удовлетворительное совпадение экспериментальных данных с результатами расчета.
Бесплатно
Статья
Измерение характеристик движения космического аппарата является важнейшей задачей для обеспечения функционирования любой спутниковой системы. На основании полученных координат и составляющих вектора скорости производится определение орбиты космического аппарата и прогнозирование его движения, необходимое для организации сеансов управления и связи. Однако, по причине неполной детерминированности орбиты из-за влияния гравитационных аномалий, сопротивления среды и других возмущающих сил, это прогнозирование нуждается в постоянном уточнении. Определение траекторных параметров космических аппаратов традиционно осуществляется с использованием измерительных каналов радиотехнических систем с активным ответом, совмещенных с каналами передачи телеметрической и командной информации, с помощью средств наземного комплекса управления с привлечением специализированных командно-измерительных систем, комплексов и баллистического центра. Также известны способы траекторных измерений космического аппарата с применением глобальных навигационных спутниковых систем, что предполагает наличие на борту аппаратуры приема навигационных сигналов. Вместе с тем для существующих и перспективных космических систем различного назначения все более актуальным становится расширение областей автономного функционирования. В статье рассмотрен способ определения скорости движения негеостационарного космического аппарата с многолучевой антенной системой без использования наземных измерительных средств. Проведена оценка погрешностей вектора скорости для метода непосредственного измерения радиальных скоростей объекта. Предложены меры по повышению точности определения скорости движения космического аппарата с использованием информации о местонахождении абонента.
Бесплатно
