Ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Космические аппараты и технологии
Статья
На высотах орбитального полета при поперечном обтекании защитного экрана невозмущенным набегающим потоком в аэродинамическом следе за ним существует стабильная естественная область глубокого вакуума. В этой области «космического» вакуума достигаются уровни разрежения порядка 10–14 – 10–10 мм рт. ст. и ниже при почти полном отсутствии кислорода и углеродсодержащих компонент. При проведении оценок достигаемых уровней разрежения предполагалось, что с рабочей («теневой») поверхности защитного экрана предварительно удалены сорбированные примеси, и скорости собственного газовыделения в зону следа соответствуют парциальному давлению порядка 10–14 мм рт. ст. Этот уровень газовыделения характерен для обезгаженных металлов, применяемых в сверхвысоковакуумной технике. Результаты оценок также показали, что из окружающей среды в зону разрежения за защитным экраном преимущественно попадают «быстрые» молекулы Не и Н2, скорости теплового движения которых существенно превышают орбитальную скорость полета, и их парциальные давления на высотах Н = 250 – 400 км на пять-шесть порядков ниже по сравнению с указанным выше парциальным давлением молекул газовыделения. Настоящая статья посвящена разработке научных основ эксперимента в условиях орбитального полета международной космической станции и обоснованию целесообразности его проведения.
Бесплатно
Стенд для измерения направленных характеристик антенн спутниковых систем связи
Статья
Перспективным решением для предоставления услуг связи и передачи данных на территории Крайнего Севера является развитие телекоммуникационной сети на основе спутниковых систем связи. Поэтому задача разработки и создания земных станций перспективных систем спутниковой связи, имеющих характеристики, значительно превышающие мировые аналоги, является актуальной. Характеристики таких станций во многом зависят от характеристик антенных систем, которые определяют энергетические характеристики канала связи. Целью работы является разработка стенда для измерения направленных характеристик антенн спутниковых систем связи на базе сферического сканера TS8991. Спиральное сканирование, в отличие от классического сферического сканирования, представляет собой альтернативный метод измерений, направленный на уменьшение времени измерений при сохранении необходимой точности. В результате данной работы был реализован алгоритм спирального сканирования на основе сканера ближнего поля фирмы Rohde & Schwarz TS8991 и построен стенд для контроля и настройки параметров антенн земной станции спутниковой связи, представлена его структурная схема. На разработанном стенде была подвергнута испытаниям антенна с рефлектором диаметром 1,2 м. Результаты измерений показали отклонения измеренных значений от расчетных, обусловленные конструктивными недостатками антенны. Время измерений и преобразований в дальнее поле для антенны с диаметром рефлектора 1,2 м с помощью такого стенда составило 35 минут.
Бесплатно
Статья
Представлена комплексная математическая модель, описывающая изменение формы сферической оболочки калибровочного космического аппарата, вызванное неравномерным распределением температуры по ее поверхности на теневом участке околоземной орбиты. Тепловая часть модели учитывает воздействие на оболочку собственного излучения поверхности Земли и радиационный теплообмен в полости оболочки. Неравномерность облучения поверхности оболочки приводит к неравномерности распределения ее температуры и, как следствие, к отклонению ее формы от сферической, что может повлиять на функциональные характеристики аппарата. Для определения искажения сферической формы оболочки использованы основные положения безмоментной теории оболочек вращения. Количественный анализ представленной модели проведен для установившегося неравномерного распределения температуры по поверхности оболочки, возникающего на различной высоте расположения аппарата над поверхностью Земли. Полученные оценки искажения формы оболочки калибровочного космического аппарата могут быть использованы для сопоставления с допустимыми отклонениями, не нарушающими его функциональные характеристики на теневом участке околоземной орбиты.
Бесплатно
Термоэмиссионное охлаждение элементов летательных аппаратов. Обзор современных исследований
Статья
Целью данной статьи является обзор текущего состояния исследований в области термоэмиссионного охлаждения и освещение их потенциальных применений в астронавтике и ракетостроении, особенно для космических аппаратов многоразового использования и высокоскоростных самолетов. В статье обобщены результаты работы исследовательских групп из нескольких университетов России, США и Китая. В ней рассматриваются теоретические модели и экспериментальные разработки технологии термоэмиссионного охлаждения, без углубления в подробные методологии. Основные исследования в этой области проводятся командами из университетов Мичигана, Колорадо, Вермонта и Техаса в США при активной поддержке корпорации Lockheed Martin. В данных университетах уже активно производятся экспериментальные исследования данной технологии. Более того, уже полученные результаты хорошо коррелируют с результатами теоретической проработки, из чего можно сделать вывод о перспективности исследований. Эффект термоэлектронной эмиссии дает возможность снизить температуру передних кромок аппаратов, что особенно актуально для космических аппаратов многоразового использования и беспилотных миссий, где поддержание оптимальной температуры компонентов становится ключевым фактором срока службы и надежности системы.
Бесплатно
Статья научная
Описаны термоэмиссионный способ и устройство охлаждения лопаток турбин газотурбинных преобразователей космических аппаратов, основанные на новом физическом принципе - явлении термоэлектронной эмиссии, испускании электронов нагретым металлом. Реализация термоэмиссионного способа и устройства охлаждения лопаток турбин позволяет повысить температуру рабочего тела перед турбиной до 2600-2700 К для органических топлив и выше для других рабочих тел и источников тепловой энергии (достигается при величине работы выхода электронов 1,6-1,7 эВ), уменьшить КПД газотурбинных преобразователей космических аппаратов до 43-44 %, снизить в два-три раза температурные напряжения в лопатках турбин газотурбинных преобразователей, снизить стоимость их изготовления и эксплуатации, а также дает возможность проводить диагностику теплового состояния турбины и других высокотемпературных элементов непрерывно в режиме реального времени. Все это обеспечивает потенциал для создания космических аппаратов повышенной энергоемкости с длительным сроком активного существования.
Бесплатно
Статья
Рассмотрены способы передачи тепловой энергии электронагревателей к узлам и устройствам космических аппаратов негерметичного исполнения, находящихся в составе космических аппаратов на целевых орбитах в условиях штатного применения. Разработаны основные технические характеристики перспективных электронагревателей для условий эксплуатации, разработана модель штатного положения электронагревателей, позволяющая определить пути повышения эффективности и коэффициента полезного действия электронагревателей. Представлены основные результаты разработки гибких пленочных электронагревателей различного конструктивного исполнения с использованием материалов, производимых отечественной промышленностью и изготовленных с применением нового способа на основе метода фотолитографии и травления резистивного слоя, позволяющего реализовать новые функциональные возможности и существенно улучшить эффективность электронагревателей. Приведены эксперименты, подтверждающие расчеты в условиях, имитирующих эксплуатационные воздействия на электронагреватели. Применение гибких пленочных электронагревателей повышенной эффективности в составе существующих и перспективных космических аппаратов позволяет улучшить эффективность работы системы терморегулирования в целом и улучшает технологичность изготовления.
Бесплатно
Статья научная
Разработан программный редактор, позволяющий формировать процедуры автономных испытаний приема и отработки команд и выполнять анализ функционирования бортовой аппаратуры командно-измерительной системы космического аппарата. Автономные испытания командно-измерительной системы проводятся без подключения бортовых систем, взаимодействующих с объектом контроля. Для проведения автономных испытаний требуется, с одной стороны, формировать и передавать команды в командно-измерительную систему, а с другой - собирать и передавать ответы. В условиях комплексных испытаний эти функции выполняют бортовые системы. Разработанное программное обеспечение обеспечивает работу имитаторов бортовых систем, позволяет настроить перечень команд и параметры приема-передачи данных: коммутационные интерфейсы, время ожидания реакции на команду, количество повторений отправки, способ передачи, эталонные значения полей телеметрии для контроля и анализа отработки команд и др. Редактор интегрирован в программное обеспечение контрольно-проверочной аппаратуры командно-измерительной системы...
Бесплатно
Статья
Важным этапом разработки бортового ретрансляционного комплекса является компьютерное моделирование, которое способно оценить влияние тех или иных параметров комплекса на сигнал. Статья посвящена разработке структуры компьютерной модели для оценки влияния параметров бортового ретрансляционного комплекса на сигнал. Основополагающими узлами модели «наземная станция – бортовой ретрансляционный комплекс – наземная станция» являются узлы формирования воздействия, сквозной ретрансляции (реакции), анализа реакции. Рассмотрен принцип формирования сигнала стандарта DVB-S2 и приведена сигнально-кодовая конструкция. Раскрыта типовая структура бортового ретрансляционного комплекса, содержащая приемное и передающее антенно-фидерное устройство, входной и выходной мультиплексор, набор усилителей мощности. Разработана структура компьютерной модели, обладающая необходимым функционалом, а именно: отражением физической сути высокочастотного тракта бортового ретрансляционного комплекса и наземной станции на уровне основных узлов прохождения (смеситель, гетеродин, усилитель мощности, входной и выходной фильтры); возможностью изменения радиотехнических характеристик модели; формированием в модели испытательного сигнала с применением стандартов DVB-S2; измерением вероятности появления битовых ошибок при прохождении сигнала с различными сигнально-кодовыми конструкциями через модель; имитацией искажений сигнала в среде распространения. Представлен план формирования модели в средах MATLAB/Simulink, состоящий из десяти пунктов. Сделаны соответствующие выводы.
Бесплатно
Численные исследования нестационарных процессов при запуске ракетного двигателя
Статья научная
Рассматриваются нестационарные процессы в сопле и развитие нестационарной струи при запуске ракетного двигателя; определяются нестационарные газодинамические нагрузки, действующие на донную часть ракеты космического назначения при старте. Численно решаются нестационарные уравнения Навье-Стокса с использованием алгебраических моделей турбулентности. Учитываются отрывные течения в сопле, которые, как показали авторы, оказывают существенное влияние на величины нагрузок. Проведено исследование двух вариантов выхода двигателя на режим: с малым временем выхода и с временем выхода, характерным для современных двигателей, используемых на ракетах космического назначения. Приводятся результаты расчетов: поля температур газа, статического давления, чисел Маха, а также графики давления на днище ракеты. Показано, что для обоих вариантов запуска из-за перехода от истечения воздуха из сопла к истечению продуктов сгорания и отрывных течений в сопле массовый расход через плоскость среза сопла вначале достигает максимума, а потом резко падает...
Бесплатно
Элементы баллистического расчета при гравитационном маневре космического аппарата
Статья
Цель исследования – аналитическое описание участка баллистической траектории, соответствующего нормальному падению космического аппарата на поверхность безатмосферной планеты. При этом движение нормально падающего тела характеризуется возрастающим ускорением свободного падения. Задача о скорости, времени и ускорении нормального падения тела на поверхность планеты при отсутствии атмосферы сводится к решению дифференциального уравнения второго порядка, которое решается стандартным методом. Особенностью решения является формальное использование табличного интеграла на промежуточном этапе. Оказалось, однако, что его формула недостоверна, а именно, производная правой части не равна подынтегральному выражению. Из этого следует, что возможные существующие решения этой задачи, основанные на использовании указанного табличного интеграла, являются некорректными. В статье представлена корректировка этого табличного интеграла, что является попутным результатом исследования. В работе получено временное уравнение движения нормально падающего на поверхность планеты тела при отсутствии атмосферы, а также временные уравнения его скорости и ускорения. Полученные результаты могут быть полезны при расчетах пассивного гравитационного маневра при межпланетных полетах и расчетах отвесного падения небольших небесных тел и отработанных элементов конструкций космических аппаратов.
Бесплатно
