Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 523
Статья научная
Приведены выполненные РКК «Энергия» исследования возможности создания высокотемпературного силового преобразователя напряжения низковольтной космической энергоустановки электроракетного транспортного аппарата на основе классических схем преобразования напряжения с использованием электроплазменных вентилей (ключевых элементов) и высокотемпературных трансформаторов. Приведены электрические схемы систем преобразования напряжения. Приведены результаты экспериментальных исследований лабораторных образцов электроплазменных вентилей электрической мощностью в десятки и сотни киловатт, которые показали принципиальную возможность создания на их основе высокотемпературных радиационно-стойких преобразователей напряжения с относительной массой ~0,01 кг/А для энергоустановок типа ЯЭУ с термоэмиссионным реактором-преобразователем субмегаваттной и мегаваттной мощности. Приведено обоснование выбора частоты преобразования напряжения в системах без принудительного охлаждения. Экспериментально подтверждена принципиальная возможность реализации в высокотемпературном исполнении трансформаторов с уровнем рабочих температур 600 °С, даны рекомендации по выбору материалов.
Бесплатно
Статья научная
Основной целью настоящей статьи является краткий обзор мультифизичных задач и методов их решения в области космических ядерных энергетических установок, решаемых и разрабатываемых специалистами АО «ГНЦ РФ-ФЭИ». Физико-техническое обоснование разработки и эксплуатации космических ядерных энергетических установок с прямым преобразованием тепловой энергии в электричество включает в себя электротеплофизический расчет характеристик термоэмиссионного электрогенерирующего элемента и электрогенерирующего канала в целом, нейтронно-физические расчеты и оптимизацию структуры активной зоны и радиационной защиты. Для определения электротепло физических характеристик электрогенерирующего канала применяется его трехмерный детальный расчет (программный комплекс COMSOL-ЭГК). Для нейтронно-физического расчета характеристик активной зоны и радиационной защиты применяются единые трехмерные расчетные программные комплексы, реализующие метод Монте-Карло (в частности, MMKFK-2, MCNP), позволяющие учитывать гетерогенность и все особенности геометрии. Перечисленные в обзоре расчетные методики и комплексы системно и комплексно применяются в ГНЦ РФ-ФЭИ при обосновании характеристик проектируемых в настоящее время космических ядерных энергетических установок.
Бесплатно
Обзор проектов пилотируемых полетов к Марсу
Статья обзорная
Рассмотрена история некоторых проектов пилотируемых полетов к Марсу в США и нашей стране, описаны особенности конструкции межпланетных кораблей и проведена реконструкция их внешнего облика. Представлены сегодняшние концепции, проекты, планы, перспективы исследования и освоения Марса. Предложены стратегия и задачи первых пилотируемых экспедиций на Марс, возможный облик и характеристики многоразового межпланетного экспедиционного комплекса (включая межпланетный орбитальный корабль, энергодвигательный комплекс, взлетно-посадочный комплекс, корабль доставки и возвращения экипажа), способного выполнять задачи по пилотируемым исследованиям межпланетного пространства от Венеры до Марса, включая Луну, спутники Марса и астероиды, с учетом современных требований по обеспечению безопасности и относительно низкой стоимости межпланетного комплекса. Предложен к рассмотрению вариант многоразового межпланетного комплекса с использованием жидкостной ракетной двигательной установки и аэрозахвата в атмосферах планет.
Бесплатно
Статья научная
По инициативе С.П. Королёва в 1959 г. в ОКБ-1 (сейчас РКК «Энергия») был создан комплекс «Высокотемпературной энергетики и электроракетных двигателей», которому была поручена разработка ядерных электроракетных двигательных установок для тяжелых межпланетных кораблей. В качестве источника электроэнергии была выбрана ядерная энергетическая установка на основе термоэмиссионного реактора-преобразователя, в качестве электроракетных двигателей - стационарный низковольтный магнитоплазмодинамический (МПД) двигатель большой мощности (0,5-1,0 МВт) с ресурсом в тысячи часов. Приведены результаты выполненного РКК «Энергия» совместно со смежными организациями огромного комплекса поисковых, проектно-конструкторских, материаловедческих и экспериментально-испытательных работ по МПД-двигателю, в т. ч. результаты создания и ресурсных 500-часовых испытаний МПД-двигателя с подводимой электрической мощностью 500-600 кВт с литием в качестве рабочего тела. Впервые в мире был создан и успешно испытан в космосе МПД-двигатель мощностью 17 кВт на литии. Подчеркивается, что до настоящего времени ни по достигнутой мощности двигателя при длительной работе на стационарном режиме, ни по полученным характеристикам, ни по ресурсу достижения РКК «Энергия» того времени еще никто не превзошел.
Бесплатно
Статья научная
В статье выполнен аналитический обзор опубликованных работ по экспериментальному и, частично, расчетно-теоретическому исследованию нейтронно -физических характеристик критических сборок, моделирующих по геометрии и составу материалов термоэмиссионные реакторы-преобразователи (ТРП) на быстрых нейтронах. Приведены результаты исследований радиального распределения энерговыделения с размещением поглощающих и делящихся экранов на границе активной зоны с боковым отражателем, результаты выравнивания радиального энерговыделения и подавления локального всплеска энерговыделения в топливных сердечниках периферийных электрогенерирующих сборок-каналов (ЭГК). Приведены результаты экспериментальных измерений микроструктуры энерговыделения по сечению топливных сердечников. Приведен анализ результатов экспериментов и расчетов эффективности бокового отражателя с рабочими органами системы управления и защиты (СУЗ). Показано, что введение двенадцати рабочих органов СУЗ в реактор переводит его в глубоко подкритическое состояние. Экспериментально показано сокращение модульной сборки ТРП примерно на порядок относительно традиционной схемы сборки из отдельных ЭГК. Приведены результаты экспериментов на критсборке, моделирующей ТРП с гомогенной (не модульной) структурой активной зоны. Приведены результаты экспериментальных нейтронно-физических исследований условий работы лазеров с комбинированной накачкой в составе ТРП на быстрых нейтронах с замедляющим отражателем.
Бесплатно
Обзор схем пенетраторов для контактных исследований космических объектов
Статья обзорная
Проведён обзор перспективных средств для контактных исследований космических объектов - пенетраторов. Пенетратор - инструмент для сбора первичной научной информации о физико-химическом составе грунта при проникновении вглубь планеты до нескольких метров и, в отдельных вариантах, последующей передачи полученного материала на Землю. История развития космических пенетраторов насчитывает более 30 лет, и проекты таких пенетраторов разрабатываются различными космическими агентствами многих стран, но в настоящий момент отсутствует прецедент осуществления лётного эксперимента. Рассматриваемые в данном обзоре разработки находятся на самых разных стадиях - от предложений по концепции до натурных экспериментов. В данной работе показано большое разнообразие характеристик таких инструментов для исследования космических тел. В статье проведён анализ и классификация этих разработок, что может быть полезным при разработке как проектов пенетраторов нового поколения, так и космических экспедиций с их использованием.
Бесплатно
Обобщенная функция распределения срока службы приборов и агрегатов орбитальных станций
Статья научная
Разработана обобщенная функция распределения срока службы элементов российских орбитальных станций. Функция учитывает особенности физической природы возникновения отказов и может быть использована для оценки показателей надежности орбитальной станции, а также для прогнозирования характеристик потоков отказов и обеспечения планового технического обслуживания космической станции.
Бесплатно
Ограничитель скорости выдвижения кольца упруго-адаптивного периферийного стыковочного механизма
Статья научная
Стыковочное кольцо упруго-адаптивного стыковочного механизма по сигналу первого контакта выдвигается пружинными механизмами штанг для улучшения условий сцепки. При этом оно достигает большой скорости, и на пассивный стыковочный интерфейс оказываются неприемлемые ударные нагрузки. В настоящей работе рассмотрены ограничитель скорости выдвижения стыковочного кольца, его аналитическая модель, краткая методика расчёта его параметров. Описаны упрощённая модель выдвижения кольца при первом контакте, способ определения коэффициента вязкостного трения шарико-винтового преобразователя стыковочного механизма, являющегося параметром модели. Приведены методика, результаты и сравнение моделирования выдвижения стыковочного кольца с предложенным замедлителем и без него. Показано, что при наличии ограничителя скорости выполняются требования Международного стандарта по импульсному нагружению пассивного интерфейса. Приведён приемлемый по массогабаритным параметрам вариант конструктивной реализации ограничителя скорости.
Бесплатно
Статья научная
Разработаны алгоритмы управления накопленным кинетическим моментом инерционных исполнительных органов космических аппаратов (КА) при проведении маневров с использованием электрореактивных двигателей, расположенных по схеме, обеспечивающей одновременное создание сил и управляющих моментов относительно центра масс КА. Приведены результаты летно-конструкторских испытаний геостационарного КА «Ямал-202» и математического моделирования маневров перспективного КА на высокоэллиптической орбите.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена задача определения углового движения транспортного грузового корабля «Прогресс» по телеметрической информации об угловой скорости корабля и параметрах электрического тока солнечных батарей. Приведены результаты определения вращательного движения кораблей «Прогресс М-11М», «Прогресс М-13М» и «Прогресс М-14М» в режиме одноосной солнечной ориентации. Полученные результаты позволяют рационально планировать эксперименты и рассчитывать квазистатические микроускорения, возникающие при их проведении.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты измерения эквивалентной дозы и энергетического спектра нейтронов в экваториальных каналах тканеэквивалентного шарового фантома, расположенного в модуле «Рассвет» (МИМ1) Российского сегмента Международной космической станции (РС МКС). Измерения проводились в период с мая по август 2013 г. (экспедиции МКС-35/36) с помощью специально разработанной для космического эксперимента «Матрешка-Р» научной аппаратуры «Баббл-дозиметр». Проведено сравнение полученных результатов с измерениями мощности эквивалентной дозы в шаровом фантоме в период МКС-13, МКС-15. Энергетический спектр нейтронного излучения в модуле «Рассвет» обнаруживает особенности, характерные для вторичного нейтронного излучения в космическом пространстве («испарительный» и «каскадный» пики в районе энергии 0,6...2,0 МэВ и 15...50 МэВ соответственно), аналогичные полученным ранее данным измерений в других модулях МКС и на станции «Мир». Установлено, что среднесуточная мощность эквивалентной дозы нейтронного излучения составляет на поверхности шарового фантома 154±13 мкЗв/сут, а внутри шарового фантома - 98±13 мкЗв/сут, при этом вклад в дозу внутри фантома от нейтронов с энергией выше 15 МэВ существенно возрастает.
Бесплатно
Определение орбиты по выполняемым космонавтами снимкам поверхности земли и луны
Статья научная
Освоение Луны является одной из основных задач на ближайшие десятилетия для ведущих космических стран. Некоторые задачи планируемой Лунной программы могут быть отработаны в рамках проекта МКС. Одна из них, связанная с отработкой методов определения орбиты космического аппарата по снимкам поверхности планеты, рассмотрена в данной статье. Даны методические особенности решения этой задачи, и приведены примеры отработки предложенной технологии автономной навигации по съемкам Земли с борта Российского сегмента МКС. С помощью снимков, сделанных астронавтами США через иллюминатор лунного орбитального модуля, показана также перспективность применения предложенной технологии определения орбиты по снимкам поверхности Луны.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается возможность замены традиционной трёхслойной панели с обшивками из углепластика и заполнителя в виде алюминиевых сот в конструкции платформы космического аппарата дистанционного зондирования Земли. Проанализированы условия теплового нагружения для полёта по солнечно -синхронной орбите и выполнено математическое моделирование напряжённо -деформированного состояния элемента платформы, изготовленного из предложенных вариантов трёхслойных композитных панелей. Результаты моделирования могут представлять интерес при проектировании сверхлёгких конструкций платформы космического аппарата, солнечных батарей и рефлектора антенны.
Бесплатно
Определение перерывов наблюдений в многоспутниковых системах бокового обзора
Статья научная
В статье представлено новое аналитическое решение для определения перерывов наблюдения спутниковых систем периодического обзора. Способ основан на определении угловых интервалов между трассами системы в инерциальной полярной системе координат. К полученным интервалам добавляется учёт полосы обзора. Изложен анализ определения перерывов наблюдения для систем с боковым обзором, который соответствует радиолокационному зондированию Земли. Анализ выполнен с учётом определённого условия по минимальному количеству спутников в одной плоскости.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты теоретических исследований обрабатываемости титанового сплава методом электроэрозионной обработки, основанные на решении тепловой задачи о перемещении границы фазового превращения материала. Приведено описание компьютерной программы для решения названной тепловой задачи. Предложена методика определения рациональных режимов электроэрозионной обработки титанового сплава ВТ14 и даны рекомендации по их назначению. Определены минимальные плотность теплового потока и время его действия, необходимые для реализации процесса электроэрозионной обработки титанового сплава ВТ14. Установлена зависимость минимальной длительности импульса теплового потока, при которой возможна электроэрозионная обработка титанового сплава ВТ14, от плотности теплового потока. Определены максимальная длительность импульса действующего теплового потока, вызывающая наибольший съем сплава ВТ14 за один импульс, и эффективная длительность теплового потока, обеспечивающая максимальную производительность процесса электроэрозионной обработки титанового сплава ВТ14.
Бесплатно
Статья научная
Одним из важнейших параметров средств выведения (в т. ч. и разгонных блоков ДМ), подлежащих определению по результатам летных испытаний, является параметр Руд - фактическое значение удельного импульса маршевой двигательной установки. Значимость этого параметра обусловлена тем, что, с одной стороны, от него зависит выполнение требований тактико-технического задания по массе выводимого полезного груза, а с другой - он является одним из основных диагностических характеристик двигательных установок. Традиционным, наиболее распространенным методом решения такой задачи в условиях, когда невозможны прямые измерения этого параметра, является использование классической формулы Циолковского с привлечением данных массово-весового анализа. Практика показывает, однако, что такой метод из-за невысокой достоверности последних не обеспечивает требуемых точностей оценки Руд, а в ряде случаев вообще оказывается неприменимым. В настоящей статье показано, как использование особенностей механики тел переменной массы позволяет решить такую задачу...
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается статистический контроль надёжности сложных систем космической техники (КТ) в условиях мелкосерийного производства. Разработана математическая модель планирования оптимального контроля заданных требований к надёжности в двухуровневой иерархической структуре: при производстве изделий КТ, составляющих иерархическую систему КТ, и производстве системы в целом. Планы контроля являются взаимосвязанными и оптимальными с точки зрения минимума целевых функций экономических затрат на контроль и потерь, связанных с рисками принятия ошибочных решений, которые являются усечёнными. Использование усечённых рисков позволяет учесть всю априорную накопленную информацию о надёжности изделий и систем КТ, что особенно важно для практического использования в условиях их мелкосерийного производства.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлен алгоритм сжатия изображений JPEG2000 DWT, основанный на алгоритме JPEG2000 и оптимизированный для реализации в бортовой аппаратуре сжатия видеоинформации космических систем наблюдения. В сравнении с алгоритмом JPEG2000 изменены вейвлет-преобразование и способ задания коэффициента сжатия. Способ задания коэффициента сжатия ориентирован на сжатие последовательности слабо коррелированных изображений, что применимо для систем наблюдения сканирующего типа. Приведены данные сравнения аппаратной реализации алгоритма JPEG2000 DWT с программными реализациями с использованием программно-аппаратного стенда исследования алгоритмов сжатия. Модуль сжатия с алгоритмом JPEG2000 DWT имеет пропускную способность до 110 Мпикс/с и позволяет создавать на его основе бортовую аппаратуру сжатия с пропускной способностью более 5 Гбит/с. Для оценки влияния алгоритма JPEG2000 DWT на целевые характеристики космических систем наблюдения предложен метод оценки снижения линейного разрешения на местности при сжатии с потерями.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается вопрос о формировании оптимальной номинальной программы управления маршевой тягой двигательной установки (ДУ) межпланетного космического аппарата (КА), состоящей из нескольких разнотипных электр оракетных двигателей (ЭРД). Критерием оптимизации является минимум расхода рабочего тела при фиксированной длительности перелёта. Определяются: направление тяги ДУ и последовательность включения/выключения отдельных двигателей. На основе принципа максимума Понтрягина получены аналитические выражения для оптимальных программ номинального управления: определены зависимости направления тяги и функции включения/выключения отдельных двигателей от фазовых и сопряжённых координат динамической системы. В качестве примера использования разработанной методики оптимизации рассматривался гелиоцентрический участок перелёта Земля - Марс. Расчёты проводились для прототипа с параметрами, сходными с КА международного проекта «Демокритос», предполагающего использование российской ядерной энергоустановки для обеспечения электроэнергией множества разнотипных ЭРД. Проведено численное решение краевых задач и моделирование движения КА с полученной оптимальной номинальной программой управления для ДУ с двумя типами ЭРД и различной длительностью перелёта. Выполнен анализ зависимости расхода рабочего тела и моторного времени для обоих типов двигателей от требуемой длительности перелёта.
Бесплатно
Статья научная
Решена задача оптимизации энергопотребления и массы лазерной локационной системы (ЛЛС) для управления сближением и стыковкой космических аппаратов по критериям массы приемного объектива и мощности, потребляемой лазерными источниками, в качестве которых рассматривались твердотельные лазеры с диодной накачкой, что позволило определить суммарную потребляемую мощность и массу ЛЛС. В результате определены значения массы и потребляемой мощности, которые удовлетворяют требованиям для существующих аналогов ЛЛС.
Бесплатно
