Космические аппараты и технологии
Статьи журнала - Космические аппараты и технологии
Все статьи: 358
Нелинейное деформирование тонкой сферической оболочки под давлением
Статья научная
Сосуды высокого давления, в том числе сферические баки, используются в аэрокосмической технике. Если не допускаются большие деформации, тогда для решения вопроса обеспечения прочности конструкции применяется уравнение равновесия Лапласа с приложением нормативных коэффициентов запаса по назначению. Составлено уравнение равновесия сферической оболочки по деформированной схеме, то есть с учетом величины прогиба, на которую увеличивается первоначальный радиус оболочки от действия давления. Неизвестными параметрами здесь являются прогиб и внутреннее мембранное усилие, возникающее в оболочке. Считается, что первоначальный объем материала оболочки при ее деформировании не изменяется, так что толщина есть величина переменная. Учет этих параметров преобразует уравнение равновесия в нелинейное уравнение, связывающее прогиб и величину внутреннего давления. Постоянными параметрами в это уравнение входят первоначальный радиус, исходный объем материала оболочки и модуль Юнга. В примере деформирования шара рассмотрена взаимосвязь прогиба с внутренним давлением, внутренним объемом, напряжением и толщиной стенки при условии несжимаемости материала...
Бесплатно
Статья
В настоящей статье приведены расчетные оценки эффекта от применения разрабатываемого в БГТУ «ВОЕНМЕХ» термоэмиссионного способа охлаждения лопаток турбин газотурбинных преобразователей космических летательных аппаратов. Актуальность разработки термоэмиссионного способа охлаждения подтверждается тем, что сейчас в Российской Федерации ведется разработка транспортно-энергетического модуля, в основе которого положен принцип газотурбинного преобразования. В данном случае предполагается, что лопатки турбины будут выполнены из керамических материалов, функционирующих в среде инертных газов, нагретых от бортового источника тепловой энергии. Одной из проблем при этом является возникновение температурных градиентов, напряжений и деформаций, что может привести к возникновению трещин. Однако, если выполнить керамические лопатки из металлоподобных соединений (бориды, карбиды, сплавы боридов и карбидов) с применением термоэмиссионного способа охлаждения, то появляется возможность существенного (более, чем в два раза) снижения как температуры лопаток турбин, так и температурных перепадов, и напряжений в конструкции лопаток турбин. В статье также показано, что снижение температурных напряжений в конструкции горячих элементов при эквивалентной тепловой нагрузке достигается за счет фундаментальных свойств термоэлектронной эмиссии, а именно благодаря зависимости интенсивности термоэлектронной эмиссии и электронного охлаждения от температуры.
Бесплатно
Статья
Представлена история развития проблемы и исследований космического мусора. Выполнен анализ текущего состояния техногенного засорения околоземного космического пространства, показаны предпосылки к дальнейшему росту техногенного засорения околоземного космического пространства. Продемонстрированы конкретные примеры решения задач ограничения образования космического мусора и защиты космических аппаратов. Для одной из наиболее засоренной области геостационарной орбиты, в которой отсутствуют естественные факторы ухода объектов, рассмотрен сформированный научно-технический задел для реализации проекта активного увода объектов космического мусора с использованием сервисного космического аппарата с системой инжекции ионного пучка. Указаны роль и вклад участников разработки в создании научно-технического задела. Показаны преимущества предлагаемого метода дистанционного воздействия на космические объекты и технические аспекты реализации проекта. Предложено использовать организационную форму перспективных проектов по снижению антропогенного воздействия на околоземное космическое пространство в виде Консорциума в составе научного, образовательного и индустриального партнеров. В рамках такой формы взаимодействия обеспечивается решение комплекса задач как по созданию новой перспективной ракетно-космической техники, так и по образованию кадров для ракетно-космической отрасли.
Бесплатно
Обеспечение длительного ресурса малорасходных нагнетателей
Статья научная
Широкое использование малорасходных нагнетателей жидкости и газа не позволяет четко систематизировать их по применению в той или иной системе терморегулирования космических аппаратов. Они могут быть рассчитаны как на очень высокий ресурс работы, исчисляемый годами, так и на кратковременный период, исчисляемый минутами. Длительный ресурс работы предполагает тщательную балансировку. Вы- бор и балансировка нагнетателя определяются параметрами системы, в которой он выполняет свои функции. Основная из них - обеспечение подачи рабочего тела с заданным расходом и напором, отсутствие микро- вибраций с ускорением g>10-2.
Бесплатно
Обзор конструкций адаптеров современных космических аппаратов
Статья
Техническим устройством, позволяющим осуществить конструкторскую и функциональную связь космического аппарата и ракеты-носителя, является адаптер. Это устройство воспринимает нагрузки, возникающие при наземной эксплуатации и транспортировании космического аппарата, а также при старте ракеты-носителя, поэтому оно должно обладать высокими жесткостью и прочностью. В России необходимая жесткость определяется разработчиком ракеты-носителя в виде требований к собственным частотам системы «КА + адаптер», закрепленной по стыку с ракетой-носителем. Иностранные производители космической техники накладывают ограничения на массу и положение центра масс космического аппарата, предлагая при этом готовые варианты адаптеров с необходимым интерфейсом. Существуют различные конструктивные схемы адаптеров, при этом главной задачей каждой является обеспечение необходимой жесткости системы «КА + адаптер». В статье приведен обзор вариантов исполнения адаптера для одиночного запуска у различных зарубежных производителей космической техники. Подробно рассмотрены технология изготовления адаптеров, их несущая способность и габаритные размеры, способы соединения с космическим аппаратом. Приведены также способы группового запуска космических аппаратов и соответствующие им конструкции, дана оценка эффективности применения таких конструкций с точки зрения массы выводимого полезного груза.
Бесплатно
Статья научная
Представлен обзор конструкций зеркальных антенн космических аппаратов с твердотельными прецизионными размеростабильными рефлекторами. Изложена история эволюции технологии производства антенн для космических аппаратов. Сформулированы требования, предъявляемые к современным зеркальным антеннам космических аппаратов, предназначенными для передачи высочастотных радиосигналов. Рассмотрены особенности использования композиционных материалов при изготовлении рефлекторов антенн в контексте их отражающих способностей. Приведена классификация зеркальных антенн. Изложены особенности размещения антенн на космическом аппарате. Рассмотрены различные конструкции рефлекторов современных антенн. Проанализированы различные способы обеспечения точности формы и жесткости рефлекторов. Представлены различные варианты усиливающей конструкции, размещаемой на тыльной стороне рефлектора, такие как композитные рамы, ребра жесткости из сотовых панелей, изогридное подкрепление и другие варианты. Описан способ регулировки оболочки рефлектора для получения формы, близкой к идеальному параболоиду. Описаны антенны с контурной зоной обслуживания и дифхроичные антенны. Рассмотрены антенные сборки, размещаемые на космических аппаратах, и их преимущества. Подставлен обзор инженерных анализов, проводимых на этапе проектирования антенн. Рассмотрены типы испытаний, с помощью которых проверяется работоспособность антенн космических аппаратов.
Бесплатно
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
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
