Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 466
Напряженно-деформированное состояние и прочность сварной оболочки с тоннельной трубой
Статья научная
Тонкостенные сварные оболочки - основной вид конструкции герметичных отсеков и топливных баков изделий ракетно-космической техники. Утяжки в процессе формирования сварного шва приводят к искажению формы оболочки и, как следствие, к существенному изменению ее напряженно-деформированного состояния, которое, в свою очередь, влияет на прочность и ресурс. В ракетных блоках с несущими баками в нижнем баке, как правило, встроена тоннельная труба для прохода к двигателю расходной магистрали второго компонента. В статье на примере топливного бака рассмотрены особенности поведения оболочки с тоннельной трубой: искажение формы в результате сварочных утяжек, повышение уровня напряжений в сварном шве из-за искажения формы, снижение несущей способности и ресурса. Для выполнения расчетов построена конечно-элементная модель оболочки. Проведены расчетные исследования зависимости просадки фланца тоннельной трубы от поперечной усадки сварного шва, зависимости коэффициентов усиления напряжений от просадки фланца. Определено снижение несущей способности оболочки из высокопрочного материала. Расчетами с учетом геометрической и физической нелинейностей показано, что оболочка из высокопластичного материала не теряет прочности из-за искажения формы, но у нее снижается ресурс из-за повышенного уровня напряжений от циклически повторяющихся нагрузок. Указаны источники циклических нагрузок на всех этапах жизненного цикла изделия.
Бесплатно
Напряжённо-дефомированное состояние упругого слоя при локальном нагружении
Статья научная
В трёхмерной постановке рассмотрена задача локального нагружения упругого слоя. Решение краевой задачи для действия сосредоточенной силы построено в виде комбинации двух составляющих. Первая - классическое решение теории упругости А. Лява; вторая - решение, форма которого предложена И.М. Рапопортом. Специфика второй составляющей в том, что она описывает точечный краевой эффект, быстро затухающий по мере удаления от точки приложения силы. Это решение построено в форме рядов - разложений по собственным функциям вспомогательного несамосопряженного дифференциального оператора. Сходимость рядов обеспечивается быстрым ростом собственных значений. Затухание к нулю на бесконечности обусловлено экспоненциальным законом убывания функций Макдональда. Решение о действии сосредоточенной силы используется как функция влияния для определения компонентов вектора перемещений, тензоров деформаций и напряжений в задаче о произвольном локальном нагружении упругого слоя. В результате аналитическое решение сингулярной задачи даёт возможность корректно определить напряженно -деформированное состояние в зоне локального нагружения.
Бесплатно
Статья научная
Научная аппаратура «Плазменный кристалл-4» («ПК-4») предназначена для исследования комплексной (пылевой) плазмы в условиях микрогравитации на Международной космической станции и является совместным проектом Европейского космического агентства и Роскосмоса. Научная аппаратура «ПК-4» интегрирована в стойку «Европейских физиологических модулей» в европейском лабораторном модуле Columbus. Управление экспериментом - автоматизированное, программно-интерактивное или ручное (с бортового ноутбука или с удаленного терминала в наземном центре управления). В научной аппаратуре «ПК-4» для создания плазмы используется разряд постоянного тока низкого давления в инертных газах в стеклянной трубке. Для получения комплексной плазмы в разряд инжектируются микрочастицы заданного размера. Две цифровые видеокамеры позволяют наблюдать за индивидуальными микрочастицами внутри трубки в фазовом пространстве, что делает комплексную плазму хорошим модельным объектом для изучения классических явлений в конденсированных средах на кинетическом уровне. Для контроля за состоянием плазмы используется интегрированный спектрометр и еще одна видеокамера, позволяющая регистрировать собственное излучение плазмы на разных длинах волн. Для исследования свойств комплексной плазмы на нее воздействуют различными способами: электрическими, оптическими, термофоретическими.
Бесплатно
Научно-технические проблемы реализации проекта "Пилотируемые космические системы и комплексы"
Статья научная
В настоящей, в значительной части обзорной, статье представлены результаты анализа современного состояния и перспектив развития отечественной пилотируемой космонавтики с точки зрения РКК «Энергия» как головной организации России в этой области науки и техники. Рассмотрены вопросы завершения развертывания Российского сегмента МКС вводом в ее состав трех разрабатываемых в РКК «Энергия» новых модулей (многоцелевого лабораторного - в 2020 г.; узлового - в 2021 г.; научно-энергетического - в 2022 г.) и создания модернизированной серии ТГК «Прогресс МС». Описываются сокращенные схемы сближения пилотируемых и грузовых кораблей с МКС. Обсуждаются вопросы повышения эффективности использования Российского сегмента МКС, проблемные вопросы коммерциализации и планы расширения научно-прикладных исследований. Рассмотрена целесообразность создания после завершения программы МКС Российской орбитальной станции. В качестве стратегической перспективы развития отечественной пилотируемой космонавтики сформулированы предложения по национальной программе исследования и освоения Луны. Приведены разработанные РКК «Энергия» предложения по созданию многофункционального комплекса поиска и спасения космонавтов при запусках пилотируемых кораблей с космодрома «Восточный». Обсуждаются результаты и проблемы создания научно-технического и технологического заделов для разработки перспективных пилотируемых космических комплексов, включая внедрение цифровых технологий, создание новых приборов, использование композиционных материалов, аддитивных и робототехнических технологий.
Бесплатно
Научно-технический задел по ядерному электроракетному межорбитальному буксиру «Геркулес»
Статья научная
Рассмотрены проектные параметры ядерно-энергетической и электроракетной двигательной установок для межорбитального буксира «Геркулес» мощностью 550 кВт. Приведен научно-технический задел по этим установкам, включая создание высокотемпературных материалов и технологий изготовления изделий из них, результаты реакторных испытаний термоэмиссионных сборок и полномасштабного прототипа термоэмиссионного реактора-преобразователя на быстрых нейтронах, испытаний с электронагревом натриевых тепловых труб, электромагнитных насосов и других агрегатов и модуля в целом литий-ниобиевой системы охлаждения, а также магнитоплазмодинамических и холловских электроракетных двигателей.
Бесплатно
Нейросетевой анализ данных телеметрической информации бортовой аппаратуры космических аппаратов
Статья научная
Цель. Исследование и разработка методики и программных средств машинного автоматизированного анализа данных телеметрической информации бортовой аппаратуры космических аппаратов. Методы. Разработанные программные средства и методика базируются на методах и алгоритмах машинного обучения, нейронных сетей и обработки изображений. Полученные результаты. В статье представлены решения актуальных задач машинного анализа данных телеметрической информации бортовой аппаратуры (БА) космических аппаратов (КА) с целью выделения состояний её функционирования, анализа надёжности и работоспособности. Разработаны программные средства и методика нейросетевого кластерно-классификационного анализа данных телеметрической информации БА КА на основе применения нейронных сетей типа карты Кохонена и методов обработки изображений. Программные средства реализованы в десктоп- и веб-версиях и имеют гибкую модульную сервис-ориентированную архитектуру. Выводы. Представленные программные средства и методика нейросетевого анализа данных телеметрической информации БА КА были апробированы на реальных данных телеметрической информации БА Белорусского космического аппарата и группировки малых КА АИСТ и показали результаты с доверительной вероятностью не ниже 0,9. Предложенные средства нейросетевого анализа данных телеметрической информации БА КА дают возможность для разработки рекомендаций по повышению показателей её надёжности при проектировании и эксплуатации, определении состояний БА КА, принятия корректных управленческих и эксплуатационных решений наземного комплекса управления КА.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены возможные варианты решения задач, характерных для лунной программы, с помощью устройств с элементами технологии высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). Предварительно рассмотрены как общее состояние работ по ВТСП-технологиям, так и виды ВТСП-изделий и их основные характеристики. По зарубежным информационным материалам описаны возможные варианты использования ВТСП-узлов для решения задач на лунной поверхности. Показано, что условия на лунной поверхности являются более привлекательными для функционирования ВТСП-устройств, чем на поверхности Земли. Объединение ВТСП и лунных технологий связано со стремлением уменьшить массу и габариты и увеличить ресурс оборудования для работы на Луне. Основное внимание в статье уделено устройствам с объемными ВТСП и, прежде всего, учитывая возможное широкое применение на лунной поверхности, - магнитным ВТСП-опорам, в т. ч. для кинетического накопителя энергии, телескопа. Приводится перечень устройств с ВТСП-узлами, которые могут быть эффективно использованы для оптимального решения многих актуальных задач, и описаны их особенности.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются задачи наземной отработки пусковых режимов космических ядерных установок второго поколения с термоэмиссионными преобразователями. Проанализированы возможности применения опыта создания отечественных ядерных энергетических установок «Енисей» и «Топаз» для решения данных задач. Показано, что существующий опыт расчётных и экспериментальных исследований пусковых режимов может являться надёжной основой для создания программы экспериментальной отработки. Отмечена особая роль разработки математических и компьютерных моделей, которые при нынешнем уровне развития вычислительной техники могут описывать более широкий круг процессов и явлений, чем ранее, а также реализовываться в имитаторах установок, что позволяет сократить сроки наземной отработки и повысить обоснованность и достоверность результатов.
Бесплатно
Статья научная
Статья содержит результаты создания нелинейной математической модели динамики рулевого тракта системы управления вектором тяги жидкостного ракетного двигателя космического ракетного блока, выполненного с автономной однокаскадной аналоговой электрогидравлической рулевой машиной с электро-гидравлическим усилителем с отрицательным перекрытием дроссельных окон золотниковыми плунжерами. В основу разработки нелинейной математической модели динамики рулевого тракта были положены: методы комплексного моделирования физических свойств рабочих жидкостей; итерационные методы расчёта параметров течений рабочей жидкости в соединительных трубопроводах, каналах, проточных элементах и клапанах; модификация метода Зейделя для решения систем нелинейных алгебраических и трансцендентных уравнений; результаты исследования рабочих процессов составляющих элементов рулевой машины; численный метод решения систем нелинейных дифференциальных уравнений Рунге-Кутты четвёртого порядка. Приводятся результаты апробации разработанной нелинейной математической модели динамики рулевого тракта системы управления вектором тяги жидкостного ракетного двигателя путём расчёта переходных характеристик при нескольких ступенчатых управляющих воздействиях.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются алгоритмы навигации, наведения и управления траекторией, реализованные в процессе модернизации системы управления российских кораблей серий «Союз» и «Прогресс». Система управления базируется на корректируемой бесплатформенной инерциальной навигационной системе, использующей близкую к реальной модель движения космических аппаратов. Модернизация алгоритмов управления обусловлена новыми возможностями навигации, связанными с установкой аппаратуры спутниковой навигации на кораблях и Международной космической станции, позволяющими начать автоматическое сближение со стартовой позиции. Приводится описание алгоритма наведения для расчета на борту корабля всех маневров плана встречи, учитывающего требование безопасного сближения и ограничение на скорость корабля относительно орбитальной станции на момент встречи. Рассматриваются возможности по реализации операции встречи по так называемым схемам «быстрой» стыковки. Представлена оценка зависимости границ оптимального диапазона фаз от продолжительности операции встречи для «быстрых» схем. Описывается стратегия расширения оптимального диапазона фаз для применяемой в настоящее время четырехвитковой схемы сближения с навигационным обеспечением от радио- контроля орбиты. Приводятся результаты реализации встречи корабля «Союз ТМА-15М» с МКС и моделирования сближения с использованием аппаратуры спутниковой навигации.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрена задача обеспечения теплового контакта между элементами конструкции на примере тепловых труб узлового модуля Российского сегмента Международной космической станции. Описана технология «холодного» газодинамического напыления теплопроводного порошкового материала между трубой и корпусом. На пяти экспериментальных образцах рассмотрены различные схемы расположения теплопроводных швов. Описан порядок экспериментального исследования образцов. Приведены результаты экспериментального исследования. Проведен анализ стойкости порошкового слоя при использовании различных схем. Проведено сравнение значения интегральной характеристики теплопередачи для порошкового слоя с аналогичной величиной, полученной для одного из теплопроводных клеев - клея-герметика марки «Эласил». Показана возможность использования «холодного» газодинамического напыления теплопроводного порошкового материала для обеспечения теплового контакта между элементами конструкции.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается возможность безопасного пуска термоэмиссионного реактора-преобразователя космической ядерно-энергетической установки на орбите в присутствии источника нейтронов, формируемого естественным космическим излучением. Учитывается, что вдоль трассы полета космического аппарата с ядерно-энергетической установкой на борту по орбите потоки протонов космического излучения имеют большую неравномерность. Показана принципиальная возможность физического пуска реактора на круговых орбитах высотой 1 200 и 1 500 км.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты инициативных проектных проработок авторов по возможности создания для ракеты космического назначения сверхтяжёлого класса одноступенчатого кислородно-углеводородного разгоннотормозного блока (РТБ) с двумя жидкостными ракетными двигателями 11Д58М разработки РКК «Энергия», предназначенного для выведения пилотируемых кораблей на орбиту вокруг Луны, а также для выведения сверхтяжёлых аппаратов на геостационарную орбиту (в т. ч. по высокоапогейной схеме перелёта орбитального блока с использованием гравитационного поля Луны). Показано, что рассматриваемый одноступенчатый РТБ будет иметь ряд важных преимуществ как по сравнению с кислородно-водородным одноступенчатым РТБ, так и перед аналогичной по функциям двухступенчатой разгоннотормозной системой орбитального блока в виде тандемной связки кислородно -водородных разгонного и корректирующе-тормозного блоков. Для обеспечения запусков маршевой жидкостной ракетной двигательной установки РТБ предложен новый способ инерционного разделения фаз компонентов топлива в баках в условиях невесомости с помощью предпускового программного сепарирующего разворота орбитального блока относительно его поперечной оси инерции.
Бесплатно
Статья научная
На основе анализа современного состояния разработок в российских организациях электроракетных двигателей мощностью 4,5...6 кВт показано, что в ближайшие годы могут быть созданы летные образцы двухрежимного стационарного плазменного двигателя СПД-140Д и многофункциональная электроракетная двигательная установка мощностью 10.30 кВт на его основе. Приведены результаты испытаний опытных образцов СПД-140Д и технологического образца источника питания разряда при работе двигателя на двух режимах. Показано состояние разработки основных элементов системы хранения и подачи ксенона.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены определения и понятия сложной технической системы. Выделены ключевые особенности функционирования регенерационных систем жизнеобеспечения пилотируемых космических аппаратов, характеризующие их в качестве сложной технической системы. Разработаны критерии сложности, а также предложена система классификации регенерационных систем жизнеобеспечения по уровням сложности. Проведён анализ сложности регенерационных систем жизнеобеспечения на примере средств обеспечения газового состава как составной части этих систем. Отмечено, что при наличии одинаковых функций обеспечивающие их составные части могут относиться к различным уровням сложности, а, следовательно, значительно отличаться по срокам разработки и стоимости. Предложенная система классификации составных частей регенерационных систем жизнеобеспечения позволит однозначно определять уровень сложности вновь разрабатываемых агрегатов и систем на начальном этапе проектирования, а также проводить предварительную оценку сроков и стоимости их разработки, изготовления.
Бесплатно
О присоединённых массах панелей при колебаниях в несжимаемой среде
Статья научная
Рассматриваются малые колебания панели в несжимаемой среде. Несжимаемой средой можно считать воздух при модальных испытаниях панелей солнечных батарей космических аппаратов в раскрытом состоянии в наземных лабораторных условиях. Панель представляется двусторонней граничной поверхностью. Определяются условия применимости потенциального движения среды. Вычисление присоединённой массы сводится к решению краевой задачи Неймана. Для решения краевой задачи применяется метод граничных элементов в варианте ку сочно-постоянной аппроксимации, представляющий решение гиперсингулярно го граничного интегрального уравнения. Численные решения получены для трёх основных плоских форм колебаний прямоугольных панелей. Уточнение полученных численных значений проводится нелинейным преобразованием Шенкса. Исследуется зависимость присоединённой массы от удлинения панели и величины просвета между её фрагментами. Для любой плоской формы колебаний фрагмента панели присоединённая масса определяется применением принципа линейной суперпозиции. Приведена оценка влияния расстояния от панели до стенки на величину присоединённой массы.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается управление ориентацией космического аппарата (КА), предназначенного для съемки заданных районов земной поверхности с высоким пространственным разрешением (1,0 м при съемке в надир), функционирующего на круговой орбите с высотой 720 км и наклонением 51,6°. За один сеанс наблюдений (длительностью 20 мин) система управления движением и навигации (СУДН) должна обеспечить съемку до 12 отдельных объектов, или выполнить шесть стереосъемок. СУДН включает: три звездных датчика, датчик угловой скорости, аппаратуру спутниковой навигации, систему инерционных исполнительных органов из восьми маховиков, электромагнитные исполнительные органы для сброса накопленного кинетического момента маховиков. Во время разворотов КА перед съемкой угловая скорость превышает диапазон измерений датчика угловой скорости. Точностные характеристики датчика угловой скорости непосредственно после вхождения в диапазон измерений разработчиками прибора не гарантируются. Поэтому для определения угловой скорости КА во время разворота и при проведении съемки используются звездные датчики. Проведено исследование возможности выполнения требований по точности стабилизации КА и количеству проводимых в сеансе наблюдений без использования измерений с датчиков угловой скорости. Выбраны параметры наблюдателя и регулятора динамического контура управления ориентацией КА. Приведены результаты моделирования динамических режимов КА.
Бесплатно
Статья научная
Проведен проектно-баллистический анализ влияния параметров вспомогательных разгонных блоков и формируемых ими эллиптических орбит базирования для многоразового межорбитального буксира на основе ядерной энергоустановки и электроракетной двигательной установки мегаваттного класса на эффективность его применения в задаче доставки полезных грузов на геостационарную орбиту. Показано, что в сравнении с вариантом круговой радиационно безопасной орбиты высотой Нкр = 800 км применение эллиптических орбит базирования в сочетании с использованием вспомогательных разгонных блоков на базе кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей позволяет улучшить энергомассовые показатели эффективности многоразового буксира, а также увеличить экономию затрат от его применения по сравнению с наиболее эффективными средствами межорбитальной транспортировки традиционного типа - одноразовыми кислородно-водородными разгонными блоками.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время испытания автоматических космических аппаратов проводятся в автоматизированном режиме с помощью соответствующего программного обеспечения на автоматизированном испытательном комплексе. На этапе выполнения опытно-конструкторских работ возникает задача оценки отработанности конструкторской документации. Такую оценку можно проводить с помощью автоматически генерируемых протоколов испытаний, которые необходимо проанализировать. Их количество слишком велико, чтобы выполнять эту работу вручную. Для решения этой проблемы было разработано вспомогательное программное обеспечение, которое может провести такую оценку по данным протоколов и испытательных программ. При использовании такого подхода для одного из опытных космических аппаратов разработки конструкторского бюро «Арсенал» удалось получить результаты, коррелирующиеся с представлениями о качественной оценке отработки. Таким образом, предложенный метод доказал свою эффективность при косвенной оценке результатов испытаний космических аппаратов. Предложенный подход позволил решить поставленную задачу по оценке результатов с представлением статистических величин, которые ранее были достоверно неизвестны.
Бесплатно
