Космические аппараты и технологии
Статьи журнала - Космические аппараты и технологии
Все статьи: 352
Разработка системы визуального наблюдения
Статья научная
Необходимость визуального контроля состояния космического аппарата, а также отсутствие подобных систем на российском рынке космической техники стали причинами разработки системы визуального наблюдения, способной выполнить поставленную задачу. В основу разработки была положена модульная структура с централизованным управлением, а в качестве основного интерфейса информационно-логического взаимодействия между составными частями системы визуального наблюдения был выбран прогрессивный интерфейс SpaceWire (ECSS-E-50-12C). Выбор интерфейса SpaceWire обусловлен его техническими характеристиками, позволяющими передавать большие массивы данных за короткие промежутки времени (максимальная скорость до 400 Мбит/с) с высокой достоверностью. Модульная структура системы визуального наблюдения позволяет легко её масштабировать в зависимости от требований заказчика. Количество элементов наблюдения (блоков регистрации данных, содержащих камеры инфракрасного и видимого диапазонов) может варьироваться от 2 до 16...
Бесплатно
Статья
Важный элемент конструкции рефлекторов космических антенн – отражающая поверхность. В настоящее время в качестве отражающей поверхности наиболее часто используется металлизированное трикотажное сетеполотно, которое полностью отвечает требованиям по физико-механическим свойствам, предъявляемым к таким поверхностям. Для крупногабаритных рефлекторов особенно важны такие параметры, как малая удельная масса и высокий коэффициент светопропускания, которые обеспечивает сетеполотно с увеличенным размером ячеек. Однако структурные особенности такого сетеполотна накладывают дополнительные требования к его использованию в качестве отражающей поверхности для крупногабаритных трансформируемых рефлекторов. В статье рассматривается особый подход к проектированию выкроек для отражающей поверхности из сетеполотна с крупной ячейкой. Сформулированы критерии, в соответствии с которыми велась разработка варианта раскроя, позволяющего получить отражающую поверхность с наименьшими искажениями. Авторами предложен способ получения выкроек сетеполотна, описаны преимущества разработанного варианта перед классическим. Выполнен раскрой параболической поверхности для офсетного рефлектора. Проведен анализ предложенного варианта раскроя, а также его оптимизация, которая позволила сохранить целостность ячеистой структуры выкроек вдоль одного петельного ряда. Полученные результаты показывают, что разработанный вариант раскроя полностью соответствует поставленным требованиям и может использоваться для формирования отражающей поверхности из сетеполотна с крупноячеистой структурой.
Бесплатно
Статья
Переход к негерметичной конструкции приборного отсека космического аппарата неизбежно приводит к дополнительным тепловым нагрузкам на элементы бортовой радиоэлектронной аппаратуры за счет изменения схемы теплообмена. Тепловой режим работы бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата - один важных факторов обеспечения длительного срока активного существования космического аппарата. Обеспечение длительного срока активного существования космических аппаратов является важнейшей научной, инженерной и экономической задачей, решение которой требует глубокого системного подхода на всех этапах создания и эксплуатации бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата. Стратегической задачей для обеспечения длительного срока активного существования космического аппарата является реализация на всех этапах жизненного цикла бортовой радиоэлектронной аппаратуры предельно достижимых показателей надежности за счет использования современных конструкторско-технологических решений, а также эффективных методов ее проектирования и производства. В статье приведены результаты экспериментальных работ по снижению сопротивления теплопередачи между приборами бортовой радиоэлектронной аппаратуры и системой терморегулирования космического аппарата. В результате работы получены основные данные по улучшению эффективности теплоотвода энергопреобразущей аппаратуры космического аппарата и подтверждена эффективность мер по обеспечению теплоотвода бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата.
Бесплатно
Статья
В подавляющем числе трансформируемых рефлекторов для обеспечения требуемой точности отражающей поверхности используется формообразующая структура. В зонтичных рефлекторах формообразующая структура представляет собой в раскрытом положении систему натянутых размеростабильных нитей и шнуров. На всем этапе жизненного цикла изделия на шнуры формообразующей структуры оказывают влияние внешние факторы, которые приводят к изменению их длины. Оценку стабильности геометрических размеров шнуров, с точки зрения трудоемкости, целесообразно проводить на фрагменте формообразующей структуры – арочной системе. Для проведения подобных исследований требуется разработка специальной технологической оснастки. В статье сформулированы требования к оснастке и обеспечению испытаний. Авторами предложена оригинальная конструкция технологической оснастки, которая позволяет закреплять шнуры арочной системы с близкими к конструкции рефлектора граничными условиями. Разработана 3D-модель оснастки, на основе которой был изготовлен опытный образец. Собрана отдельная арочная система, соответствующая штатной конструкции по размерам, конфигурации и усилиям натяжения шнуров. Проведены испытания по оценке погрешности измерений арочной системы в изготовленном макете оснастки. Результаты испытаний подтвердили возможность использования разработанной оснастки для проведения автономных испытаний формообразующей структуры.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье представлены результаты проекта по разработке нового транспортного протокола СТП-ИСС для бортовых космических сетей. Приведено краткое сравнение существующих транспортных протоколов для SpaceWire, которое обосновывает разработку нового протокола. Описаны все фазы разработки протокола СТП-ИСС начиная со сбора технических требований от представителей космической индустрии. После первой версии спецификации протокола, в которой описывались все его механизмы, было проведено моделирование, тестирование и верификация протокола СТП-ИСС по средствам трех разных реализаций: референсного кода на языке С++, SDL-модели протокола и сетевой SystemC модели, описывающей поведение устройств, работающих при помощи СТП-ИСС в сети. Следующим этапом работы была реализация IP-ядра для СТП-ИСС и создание рабочего места для тестирования оборудования, работающего по разработанному протоколу. По результатам проекта в статье представлены две редакции протокола СТП-ИСС и приведено их краткое сравнение
Бесплатно
Расчет параметров процесса истечения газа из микроотверстия гермоконтейнера космического аппарата
Статья научная
Разработана модель истечения газа через микроотверстие в гермоконтейнере космического аппарата (КА) для случая с гладкими краями. Проведена оценка скорости истечения газа из гермоконтейнера КА «Глонасс-М» № 718 по данным о спаде давления на длительном интервале времени вследствие его пробоя микрометеоритом. Определен выбор закона истечения газа через микроотверстие для случая с гладкими краями. Выработана рекомендация по уточнению модели расчета площади сечения микроотверстия, возникающего от пробоя гермоконтейнера КА микрометеоритом (случай с негладкими краями).
Бесплатно
Расчет радиолинии селенодезического спутника
Статья научная
Проведена оценка параметров радиотехнического комплекса селенодезического спутника, решающего задачи измерений дальности до селенодезического пункта активным и пассивным методами, высоты орбиты, информационной связи с наземным пунктом. Для измерительной радиолинии, используемой для селенодезической привязки сети из пассивных радиоотражателей, выбрана форма пассивного радиоотражателя и его геометрические характеристики. Сформированы обобщенные требования к радиотехническому комплексу селенодезического спутника.
Бесплатно
Статья
Современные полимерные композиционные материалы, обладающие высокими удельными характеристиками прочности и жесткости, позволяют создавать прочные, долговечные и геометрически стабильные космические конструкции. Для расширения сфер использования композиционных материалов и повышения конкурентоспособности космических конструкций необходимо дальнейшее совершенствование методов проектирования с широким использованием методов многомасштабного вычислительного моделирования процессов деформирования и разрушения. В работе представлены результаты анализа прочности и размерной стабильности конструкций из полимерных композиционных материалов. Рассматриваются металлокомпозитный бак высокого давления для электрореактивных двигательных установок и конструкции прецизионных рефлекторов антенн космического и наземного базирования. Изложены методики и результаты экспериментальных и расчетных исследований напряженно-деформированных и предельных состояний конструкций. Описаны методы и средства неразрушающего контроля, результаты анализа напряженно-деформированного состояния и натурных испытаний конструкции бака. Даны обобщенные оценки несущей способности конструкций рефлекторов в заданных условиях эксплуатации.
Бесплатно
Расчёт энергетики радиолинии "Земля-Луна"
Статья научная
Рассматривается радиоканал между базовой лунной станцией связи и наземной станцией связи. Формируются требования к ширине диаграммы направленности антенной системы базовой лунной станции в зависимости от используемых средств слежения. На основании анализа номенклатуры наземных станций спутниковой связи определяются частотный план, структура и скорости передаваемой информации. Проводится расчёт радиолинии и выбор основных характеристик аппаратуры базовой лунной станции наземной станции связи и их антенных систем.
Бесплатно
Статья
Вентильные двигатели (в англоязычной литературе – «BLDC motors») широко применяются в научной аппаратуре космического назначения. Для управления двигателями такого типа требуется создание сложно-функциональной системы управления, учитывающей как базовые технические требования, так и требования к надежности с учетом ее применения в условиях космического пространства. В статье сформулированы требования к характеристикам, которыми должна обладать система управления вентильными двигателями и определены дополнительные требования к надежности системы. При этом в качестве алгоритма для приведенной системы был выбран алгоритм блочной коммутации, реализация которого не требует высокой вычислительной мощности и точных датчиков положения ротора. На основе сформулированных задач и выбранного алгоритма представлена структурная схема системы управления, учитывающая необходимость холодного резервирования для выполнения требований к надежности. Далее рассмотрены конкретные схемотехнические решения для выходных каскадов, позволяющие подключать один набор двигателей и датчиков Холла к обоим полукомплектам системы управления. Для апробации структурных и схемотехнических решений был разработан и изготовлен макет. Проведена успешная проверка работоспособности макета и, соответственно, приведенных решений.
Бесплатно
Результаты взаимодействия СФУ и АО "ИСС" имени академика М. Ф. Решетнёва"
Статья научная
Дано краткое описание истории создания Сибирского федерального университета. Приводятся количественные и качественные характеристики вуза. Говорится о взаимодействии четырёх институтов, таких как Военно-инженерный институт, Институт инженерной физики и радиоэлектроники, Политехнический институт и Институт космических и информационных технологий Сибирского федерального университета, и АО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнёва». Отмечается роль межинститутской базовой кафедры «Прикладная физика и космические технологии». Дается описание результатов работ в рамках научно-исследовательских и опытно-конструкторских технологических работ Сибирского федерального университета с АО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнёва». Сделаны выводы и раскрываются перспективы дальнейшего взаимодействия.
Бесплатно
Статья
Настоящая статья посвящена термоэмиссионному охлаждению турбомашинных преобразователей космических аппаратов. Разработка защищена патентами на изобретения и полезные модели. Причем патент на изобретение №2573551 входит в список «Сто лучших изобретений России» за 2015 год. Разработана экспериментальная установка, на которой проведены первичные экспериментальные исследования с использованием тепловизора. В ходе тепловизионных исследований зафиксировано наличие теплового эффекта (охлаждения или нагрева). В качестве образцов применялись вольфрамовые электроды из лантанированного вольфрама диаметром 1 мм и длиной 175 мм, вольфрамовые электроды с обработкой (ионной имплантацией лантана и церия с дозами 1016 1/см2), проволока ХН78Т диаметром 1 мм, образцы из боридной керамики, пластинки и стержни из 20Х25Н20С2. Так, для вольфрамовых электродов из лантанированного вольфрама без обработки преобладает снижение температуры на 10-30 °C, для проволоки ХН78Т преобладает повышение температуры в среднем также на 10-30 °C в аналогичных условиях. На лантанированном вольфраме с обработкой стабильно наблюдалось снижение температуры на 45-55 °C, единожды зафиксировано снижение на 91 °C. Для образцов из гексаборида лантана (LaB6) фиксировалось повышение температуры. Предложен ряд гипотез, объясняющих наблюдаемый высокий эффект термоэмиссионного (термополевого) охлаждения. Однако, для доказательства (или опровержения) необходимо проведение высокоточных измерений химического состава поверхности всех испытанных и неиспытанных образцов.
Бесплатно
Ресурсы повышения эксплуатационных и технико-экономических показателей тепловых двигателей
Статья научная
В работе обращается внимание на существование новых, традиционно не учитываемых (в том числе и ранее неизвестных) ресурсов повышения эксплуатационных и технико-экономических показателей тепловых двигателей. Отмечается, что эксплуатационная надёжность тепловых двигателей могла бы быть увеличена повышением эффективности процессов диагностирования качества рабочего процесса и состояния материальной части двигателя, обеспечиваемыми в том числе включением в состав диагностической информации, отображающей рабочий процесс двигателя электрофизической информации и регистрируемой в первую очередь измерениями в потоке продуктов сгорания за срезом сопла. В рамках изыскания дополнительных ресурсов для повышения технико-экономических показателей тепловых двигателей обращается внимание на принципиальную возможность дополнительного энергообеспечения рабочего цикла двигателей энергией внутриядерного происхождения. Прогнозируемая результативность и практическая целесообразность использования отмечаемых возможностей обосновываются в том числе и результатами эксперимента. Практическое использование отмеченных ресурсов требует, однако, дополнительных исследований и может быть обеспечено лишь на базе необходимого организационного, финансового, материального и технического обеспечения.
Бесплатно
Статья
Рассматривается задача управления при формировании на низкой околоземной орбите вращающейся тросовой группировки конфигурации «ступица-спицы» (hub-spoke), в которой микроспутники расположены радиально относительно центрального космического аппарата (ступица) и соединены с ним тросами (спицами) соответственно. Для анализа динамики тросовой системы разработана математическая модель (используются уравнения Лагранжа) в орбитальной системе координат, при этом центральный космический аппарат рассматривается как твердое тело конечных размеров. Предложена схема управления, в которой управляющий момент, приложенный к центральному телу, обеспечивает заданное вращательное движение системы, а закон развертывания тросов строится в соответствии с принципами робастного управления, которое осуществляется за счет регулирования натяжения троса и малой тяги, приложенной к микроспутникам. При анализе устойчивости движения системы используются теория Ляпунова и неравенство Гамильтона-Якоби, с помощью которого определяется показатель робастности системы управления. Приводятся результаты численных расчетов, которые подтверждают, что предлагаемая схема управления оказывается эффективной при учете периодических гравитационных возмущений, внешних возмущений и возмущений, связанных с неопределенностью в начальных состояниях системы и с вращением центрального тела.
Бесплатно
Роль лазерных средств в обеспечении точности системы ГЛОНАСС
Статья научная
«Лазерный ГЛОНАСС» – это совокупность методов и технических средств, на основе использования которых, погрешность космического сегмента ГЛОНАСС уменьшена. Создание и полномасштабное развёртывание бортовых и наземных систем лазерного ГЛОНАСС могут рассматриваться как эффективный ассиметричный ответ конкурирующим системам (GPS, Galileo и др.) в части обеспечения точности космического сегмента. Создание опытных и серийных образцов бортовой и наземной лазерной аппаратуры предусмотрено ФЦП «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012–2020 годы». Вопрос создания лазерного ГЛОНАСС и, следовательно, достижения мирового лидерства в части потенциальной точности эфемеридно-временного обеспечения – реальная перспектива ближайшего времени.
Бесплатно
Роль сетевых технологий в современном обществе
Статья научная
Значимые аналогии можно обнаружить взглянув на таблицу математика Шиклоши. Интересно экстраполировать её на сетевые технологии и современное общество относительно качества жизни, качества образования и социальных процессов.
Бесплатно
СВ-синтез TiB2-MgAl2O4 композитов для жаростойких покрытий
Статья
Бориды металлов широко используются в качестве теплоизоляционных материалов, но в условиях высокотемпературных окислительных сред эффективность их применения значительно снижается. Для повышения термостойкости конструкционных материалов на основе диборида титана и предотвращения роста кристаллов TiB2 применяли добавки химически стойкой алюмомагнезиальной шпинели, обладающей огнеупорными свойствами. Целью данной работы являлось исследование структуры композита TiB2-MgAl2O4, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза двумя способами. Первый – СВ-синтез диборида титана из его элементов с добавкой алюмомагнезиальной шпинели. Другим способом решения получения термостойкого композиционного материала является СВ-синтез алюмомагнезиальной шпинели с добавлением готового диборида титана. Наилучшие результаты получены первым способом. Структура с равномерным распределением мелких зерен TiB2 синтезирована с добавкой 25 % масс. MgAl2O4. Cоставы исследовали рентгенофазовым анализом (ДРОН-3M, фильтрованное Сu-kα-излучение), ИК-спектроскопией (Nicolet 5700) и сканирующей электронной микроскопией (Philips SEM 515). Полученный материал представляет собой композит, в котором частицы TiB2, имеющие размер, не превышающий 5 мкм, равномерно распределены в матрице алюмомагнезиальной шпинели.
Бесплатно
Статья научная
При изготовлении конструкций летательных аппаратов из алюминиевых сплавов применяется сварка, физическая сущность которой заключается в получении неразъемного соединения путем расплавления и совместной кристаллизации материалов сварочного электрода и соединяемых деталей. При этом структура сварного шва и соединяемых деталей в области влияния нагрева укрупняется, что приводит к уменьшению механических свойств сварного изделия. Известно, что металлоизделия с мелкокристаллической структурой обладают более высокими механическими свойствами по сравнению с крупнокристаллическими. При этом в практике литейного производства с целью измельчения структуры литых изделий применяется модифицирование, суть которого заключается во введении в жидкий металл с помощью лигатур веществ, служащих центрами кристаллизации. Однако возможности таких средств модифицирования достигли пределов, и в последние годы нашел применение новый способ модифицирования с использованием нанопорошков (НП) химических соединений (нитриды, карбиды, бориды, оксиды), который дает более высокий эффект повышения механических свойств литых изделий...
Бесплатно
Сетчатые композитные конструкции – текущее состояние исследований и разработок в россии и мире
Статья
В работе приведён обзор современного состояния исследований в области проектирования и создания анизогридных сетчатых композитных структур – силовых сетчатых конструкций оболочечного типа – в России и за рубежом. Приведены исторические сведения о возникновении сетчатых конструкций, краткая история их становления – проводимые исследования, достигнутые результаты, решённые задачи. Проведён анализ применения сетчатых структур за рубежом в авиакосмической отрасли. В работе дана обобщённая информация о существующих и применяющихся в настоящий момент методах проектирования анизогридных структур, методах расчёта сетчатых конструкций на прочность, жёсткость и устойчивость, а также об основных технологических приёмах и способах изготовления анизогридных сетчатых структур с разделением на отечественную и зарубежную практику. В работе представлена информация о текущих направлениях применения сетчатых анизогридных структур в ракетной технике, авиации и космонавтике, определён круг проблемных вопросов и направлений будущих исследований. Приведены примеры инновационного применения сетчатых анизогридных конструкций, прорабатываемых в настоящий момент, снабжённые иллюстрациями, указаны основные научные центры России, занимающиеся разработками в области создания и изготовления композитных сетчатых анизогридных структур.
Бесплатно
Синтез композиционных материалов на основе МАХ-фазы Ti3SiC2, содержащей бориды
Статья
Исследованы микроструктура, фазовый состав и жаростойкость МАХ-фазы Ti3SiC2 и композиционного наноламинатного соединения Ti3SiC2-В, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в режиме послойного горения. Процесс синтеза проводили в бомбе постоянного давления в атмосфере аргона. Волну безгазового горения инициировали раскаленной вольфрамовой спиралью. Максимальную температуру горения определяли вольфрам-рениевой термопарой ВР5-ВР20. Фазовый состав и структурные параметры полученных материалов определяли на дифрактометрах Shimadzu XRD-6000 (CuKα-излучение) и ДРОН-2 (СоКα-излучение). Количественный фазовый анализ проводили с помощью программы POWDER CELL 2,4. Для изучения микроструктуры использовали оптический (Axiovert 200M, Karl Zeiss) микроскоп. Установлено, что бор не входит в состав твердого раствора МАХ-фазы при концентрации менее 0,2 мол. %. Продукты с содержанием бора более 0,2 мол. % содержат дисперсные частицы диборида титана, располагающиеся между пластинами МАХ-фазы. Проведенные испытания на жаростойкость при температуре 1373 К показали, что исследованные в работе композиционные материалы на основе соединения Ti3SiC2 соответствуют жаростойкости стехиометрической фазы и превосходят по жаростойкости сплавы системы Ni-Cr-Al-Y, широко используемые для защиты деталей газотурбинного двигателя. Абразивная износостойкость композиционного материала в 1,6 раза выше, чем у МАХ-фазы и в 2,8 раза превосходит износостойкость сплава Ni-CrAl-Y. Полученные материалы перспективны для использования в качестве жаростойких и износостойких покрытий.
Бесплатно
