Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 488
Статья научная
Предложена расчётная модель для оценки времени снижения температуры жидкого водорода, используемого в качестве компонента топлива, путём объёмного кипения как частного случая термостатирования баков ракет-носителей и разгонных блоков, содержащих криогенное топливо. Модель включает в себя три различных способа расчёта времени данного процесса - осреднённая оценка, равновесная оценка и оценка с учётом «вспухания» применительно к условиям наземного термостатирования. По результатам работы всеми способами, заложенными в модель, была произведена оценка времени снижения температуры топлива при наземной подготовке для бака горючего перспективного разгонного блока, содержащего в качестве компонента топлива жидкий водород, а также получены зависимости изменения основных внутрибаковых параметров во времени. Как частный случай рассматриваемой в работе модели получена оценка процесса с учётом «вспухания» компонента топлива, т. е. увеличения объёма компонента топлива за счёт объёмов пузырей, образованных при объёмном кипении компонента. Данный подход, помимо оценки собственно времени снижения температуры путём объёмного кипения, позволяет оценить изменение высоты компонента топлива в баке при наземном термостатировании, и, соответственно, оценить риски так называемого «каплеуноса», т. е. ухода компонента топлива через дренажную магистраль. По результатам работы разработано программное обеспечение для расчёта на языке Vlsual Baslc, которое позволяет на стадии проектирования изделий космической техники произвести быструю предварительную оценку времени снижения температуры компонента топлива путём объёмного кипения жидкого водорода в баке.
Бесплатно
Статья научная
Предложена расчётная математическая модель (и, соответственно, разработано программное обеспечение) для оценки расходной характеристики системы сброса рабочего тела наддува из сообщающихся аккумуляторов давления (шаробаллонов) на заключительном этапе полёта после отделения полезной нагрузки и перед затоплением разгонного блока. Предложенная расчётная модель учитывает перетекание рабочего тела наддува из одного шаробаллона в другой и выравнивание параметров в шаробаллонах в процессе сброса. В работе актуализированы подходы для расчёта критического истечения из магистралей, расчёта коэффициентов скорости и некоторых газодинамических функций, а также записи уравнения состояния для шаробаллонов. По результатам работы с помощью представленной модели были построены расходные характеристики системы сброса. Полученная модель может использоваться для предварительных инженерных оценок на различных этапах проектирования изделий ракетно-космической техники.
Бесплатно
Парирование переносов запусков в четырёхпусковой схеме высадки на поверхность Луны
Статья научная
В настоящее время пилотируемая космонавтика стремится к возобновлению лунных миссий. В России разрабатывается национальная лунная программа, включающая в себя полёт на полярную окололунную орбиту и высадку человека на лунную поверхность. Для доставки человека на поверхность Луны рассматриваются различные сценарии полёта, в числе которых двухпусковая схема с использованием ракет-носителей сверхтяжёлого класса «Енисей», а также четырёхпусковая схема на базе ракет-носителей тяжёлого класса «Ангара-А5В». В статье авторами подробно рассмотрена четырёхпусковая схема отлёта к Луне, включающая в себя доставку на полярную окололунную орбиту лунного взлётно-посадочного корабля и пилотируемого транспортного корабля с экипажем на борту, а также посадку на поверхность Луны. Проведён анализ основных баллистических ограничений рассматриваемой схемы, и предложен подход, обеспечивающий реализацию миссии в случае переноса запусков элементов транспортной системы.
Бесплатно
Первичные химические источники тока в электроснабжении возвращаемых космических аппаратов
Статья научная
Приведены основные особенности функционирования системы электроснабжения возвращаемых космических аппаратов, в т. ч. пилотируемых. Выделены режимы возвращаемых аппаратов, которые определяют требования к параметрам системы электроснабжения. Проведен анализ первичных химических источников тока в сравнении с некоторыми вторичными с учетом их применения в системе электроснабжения пилотируемого возвращаемого космического аппарата. При выборе накопителей электрической энергии рассмотрен октагональный перечень основных характеристик с наглядным геометрическим представлением интегральной характеристики. Приняты условия назначения весовых коэффициентов и интегрально-го показателя выбора накопителя. Показана обоснованность выбора накопителя электрической энергии на основе LiSOCl2. С учетом требований высокой готовности и безопасности к системе предлагается к рассмотрению перспективная гибридная система электроснабжения с применением блоков суперконденсаторов.
Бесплатно
Первый опыт очистки внешней поверхности остекления иллюминатора космического пилотируемого аппарата
Статья научная
Представлена технологическая операция по очистке внешней поверхности остекления иллюминатора служебного модуля, входящего в состав Российского сегмента Международной космической станции. Работа подготовлена специалистами ПАО РКК «Энергия» имени С.П. Королёва и впервые в практике эксплуатации космических пилотируемых аппаратов выполнена в процессе внекорабельной деятельности 10 августа 2015 г. космонавтами Геннадием Падалка и Михаилом Корниенко. В статье отмечено значение чистоты остекления иллюминаторов для их целевого использования, приведены примеры их фактического состояния, изложены предположения об источниках и причинах загрязнений, обоснована актуальность задачи и показан подход к ее решению, включая демонстрацию возможности механического снятия мелкодисперсного слоя пыли в рамках космического эксперимента «Тест». Показано устройство приспособления для очистки, дано описание манипуляций и действий космонавтов при работе в открытом космосе. В качестве дополнительного результата этих работ получены предварительные данные о составе продуктов очистки, которые были возвращены на Землю и подвергнуты физико-химическому анализу. Исследования будут продолжены в интересах рационализации технологии очистки и профилактики запыления.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются перелеты со встречей космических аппаратов в классе компланарных непересекающихся околокруговых орбит корабля и орбитальной станции. Продолжительность перелета предполагается ограниченной одним витком. Рассмотрены возможности реализации встречи с использованием оптимального двухимпульсного межорбитального перелета. Для определения единственного свободного параметра перелета - момента его начала, обеспечивающего встречу в заданный момент времени или с заданной скоростью в конце перелета, - получены соответствующие уравнения. Для реализации в алгоритмах наведения предложены оптимальные трехимпульсные программы коррекций для достижения встречи в заданный момент времени с заданной относительной скоростью в момент контакта космических аппаратов. Определен диапазон разностей фаз на начало маневрирования, в котором характеристическая скорость встречи совпадает с минимальной характеристической скоростью межорбитального перелета. Приведены результаты моделирования схем «быстрой» встречи с использованием предложенных программ.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются перелеты со встречей космических аппаратов в классе компланарных непересекающихся орбит корабля и орбитальной станции. Продолжительность встречи предполагается ограниченной двумя витками, поскольку для больших продолжительностей известен алгоритм оптимального решения, где фазирование обеспечивается с помощью оптимального межорбитального перелета между некомпланарными орбитами. Предлагаемые программы содержат на конечном участке перелета трехимпульсную программу встречи продолжительностью один виток, определенную по методу распределения импульсов оптимального межорбитального перелета. Фазирование для достижения необходимой разности фаз на начало трехимпульсной программы встречи обеспечивается маневрированием на предшествующем участке полета и достигается разделением импульсов оптимального межорбитального перелета, не приводящим к увеличению расхода топлива. Определена структура оптимальной программы встречи в функции ее продолжительности, получены расчетные формулы. Определен диапазон разностей фаз на начало маневрирования, в котором характеристическая скорость встречи совпадает с минимальной характеристической скоростью межорбитального перелета. Приведены результаты моделирования схем «быстрой» встречи с использованием предложенных программ.
Бесплатно
Статья научная
В области создания и использования космических аппаратов (КА) сформировалось направление по созданию орбитальных группировок, базирующихся на КА малого веса и размеров. Новый класс «умных группировок» связывается с автономизацией КА за счёт автоматизации как процессов принятия решений на борту, так и процессов согласованного взаимодействия между КА в решении поставленной целевой задачи, что позволяет создавать самоорганизующуюся группировку - «рой» КА. Такой подход представляется перспективным для построения группировок маломассогабаритных КА, что позволяет дополнить список существующих способов управления средствами дистанционного зондирования Земли, сделав акцент на повышении целевых характеристик группировки, в частности на оперативности, адаптивности и эффективности решения целевой задачи наблюдения района интересов.
Бесплатно
Перспективная навигационно-связная система для окололунного пространства
Статья научная
Представлены состав и структура перспективной навигационно-связной системы для окололунного пространства. Данная система обеспечивает непрерывную навигацию на всей поверхности Луны и в окололунном пространстве, а также одновременный обмен информацией между лунной инфраструктурой и наземным комплексом управления. Система включает в себя спутники-ретрансляторы в точках либрации системы Земля-Луна, взаимодействие между которыми осуществляется с использованием лазерной связи. Связь спутников-ретрансляторов с Землёй и Луной осуществляется по радиолиниям. Координаты объектов на лунной поверхности определяются с помощью локальной навигационной системы разностно-дальномерного типа.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена рассмотрению вопросов введения в комплекс систем жизнеобеспечения экипажа пилотируемого космического модуля оборудования для санитарно-гигиенической обработки средств личной гигиены и предметов одежды космонавтов. Предложена перспективная технология для разработки такой системы, рассмотрены варианты схем ее реализации в пилотируемом космическом модуле, определены преимущества и недостатки каждой из предложенных схем. Предлагаемая технология санитарно-гигиенической обработки средств личной гигиены и предметов одежды космонавтов на борту пилотируемого космического модуля позволит существенно уменьшить массу и объем доставляемых грузов. Кроме того, наличие в составе комплекса систем жизнеобеспечения такого оборудования увеличит степень замкнутости этого комплекса.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты выполненных РКК «Энергия» концептуально-проектных исследований по возможным областям и эффективности использования космических средств на базе ядерных источников электроэнергии мощностью сотни и тысячи киловатт и электроракетных двигательных установок. Рассмотрены космические аппараты и комплексы: связи и наблюдения, для очистки космоса от техногенного засорения, защиты Земли от астероидной опасности; планетные электростанции; многоразовые буксиры в программе освоения Луны и обеспечения полета на Марс.
Бесплатно
Статья научная
В статье изложены новаторские технические решения по бортовому радиотехническому и наземному комплексам управления полетом долговременной орбитальной станции «Мир» и орбитального корабля «Буран», а также их развитие в современных аналогичных системах Российского сегмента Международной космической станции (МКС) и во взаимодействующих с МКС пилотируемых и транспортных кораблях «Союз-МС» и «Прогресс-МС».
Бесплатно
Статья научная
В комплекс регенерационных систем жизнеобеспечения экипажей пилотируемых долговременных космических объектов планируется вводить оранжереи для улучшения среды обитания. Космические оранжереи будут обеспечивать членов экипажа свежей зеленью с хорошо усвояемыми витаминами и пищевыми волокнами, а также оказывать психофизиологическую поддержку в условиях длительной космической экспедиции. В статье приводится аналитический обзор конструкций ряда созданных и создающихся отечественных и зарубежных оранжерей, способных работать в условиях космического полета. Приведены их основные конструкционные и эксплуатационные характеристики, проанализированы проблемы на пути разработки более производительных космических оранжерей. Обосновываются преимущества отечественной конвейерной космической оранжереи с цилиндрической посадочной поверхностью для непрерывного производства витаминной зелени и других овощей на борту пилотируемого космического аппарата. Отмечена необходимость создания отечественного наземного прототипа полноразмерной космической оранжереи для отработки технологии выращивания растений на орбитальных станциях, транспортных кораблях, на лунной и марсианской форпостных базах.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены современное состояние и перспективные разработки РКК «Энергия» в области пилотируемой космонавтики. Завершается разработка трех новых модулей для Российского сегмента Международной космической станции (МКС): многоцелевого лабораторного, узлового и научно-энергетического. Ведется разработка транспортного грузового корабля повышенной грузоподъемности. Рассмотрена возможность после завершения эксплуатации МКС создания Российской орбитальной станции, для транспортно-технического обеспечения которой планируется создание нового грузовозвращающего корабля, трансформируемого модуля и новой шлюзовой камеры. Приведены характеристики разрабатываемого пилотируемого транспортного корабля нового поколения. Одна из его модификаций будет использоваться в перспективной программе пилотируемых полетов, которая позволит обеспечить начало пилотируемых миссий на поверхность Луны и в дальнейшем - освоение дальнего космоса. Рассмотрены предлагаемые этапы этой программы.
Бесплатно
Статья научная
Проблема поддержания в допустимых пределах токсических микропримесей в атмосфере обитаемых космических объектов находится на стадии решения. Это связано как с большим количеством классов токсических примесей в составе этой атмосферы, так и с трудностями удаления микропримесей. Для атмосферы космических станций с целью поддержания допустимого содержания токсических микропримесей разработаны специальные системы их удаления. В статье представлены перспективные комбинированные средства удаления вредных примесей, в которых в штатном режиме совместно работают адсорбционный и фотокаталитический блоки. Такие средства позволяют удалять как вредные примеси, так и микроорганизмы, а также мелкую пыль, увеличивая биологическую полноценность атмосферы космической станции.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен подход к решению задачи планирования наблюдений астрономических объектов заданного каталога с космического аппарата с учетом наложения ограничений на интервалы времени выполнения наблюдений. Представлена формализация задачи в виде задачи выбора маршрута, которая включает формулировки в виде задачи коммивояжера и частично-целочисленной задачи линейного программирования, решаемых методами целочисленного программирования. Приведены примеры построения оптимальных программ наблюдений астрономических объектов с орбитального космического аппарата, иллюстрирующие возможность практического использования предложенных методов планирования наблюдений, в т. ч. для реализации наблюдений с орбитального космического аппарата на интервалах полета с изменяющейся светотеневой обстановкой на орбите. Показана эффективность применения предложенного подхода как для построения оптимальных программ наблюдения, так и для анализа условий и определения возможных параметров наблюдений.
Бесплатно
Статья научная
В конструкции спускаемого аппарата пилотируемого космического корабля «Союз ТМА» применяются композиционные материалы на основе стеклянных волокон и фенольно-формальдегидного связующего. Связующее содержит в своем составе большое количество химически активных, в т. ч. и легковоспламеняющихся, компонентов. Формование и отверждение таких материалов производится вакуумно-автоклавным методом при повышенных температуре и давлении рабочей среды. Когда в качестве рабочей среды применяется воздух, существует возможность протекания реакций с участием кислорода, которые негативно сказываются на физико-механических свойствах материала и создают угрозы неуправляемых реакций окисления вплоть до термоокислительной деструкции материала. Разработанная технология формования в нейтральной среде исключает возможность окисления материала, разрушения и разгерметизации вакуумных резиновых чехлов, применяемых при формовании, повышает безопасность и стабильность производственного процесса, качество и надежность изделий. Особое внимание уделено созданию условий для обеспечения минимальных градиентов температур на изделиях при нагреве, термостатировании и охлаждении, а также обеспечению равномерного распределения связующего в материале в процессе формования. Результатом работы стало повышение уровня физико-механических характеристик теплозащитных материалов, точности геометрических параметров изделий и снижение их массы. Важнейшим фактором, обеспечившим достижение указанных результатов, является создание новой технологии производства теплозащитных покрытий в нейтральной среде и высокоавтоматизированного автоклавного комплекса, который также обеспечивает технологическую основу для производства новых перспективных изделий из композиционных материалов.
Бесплатно
Подготовка космического эксперимента "Кулон-плазма"
Статья научная
Исследования пылевой плазмы активно проводятся уже около четверти века во многих лабораториях на Земле, а также в условиях микрогравитации на борту Международной космической станции. В настоящее время идет подготовка к новому эксперименту. В работе описаны цели и задачи эксперимента, его особенности и отличие от предыдущих экспериментов, объясняется необходимость его проведения в условиях микрогравитации. Задачей эксперимента является изучение эволюции открытых диссипативных систем сильно взаимодействующих макрочастиц в газоразрядной плазме, получение данных о фазовых переходах и динамике активных броуновских частиц, динамике дефектов и дислокаций в структурах плазменно-пылевых систем.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены основные положения методики подтверждения количественных требований к надежности разгонных блоков типа ДМ по результатам летных испытаний с учетом итогов эксплуатации прототипов. Методика построена на основе объединения статистических данных в форме биномиальной статистики по результатам летных испытаний вновь разработанной модификации разгонного блока и результатов эксплуатации прототипов. В математической модели, используемой для объединения статистических данных, за основу принят достигаемый уровень значимости критерия проверки гипотезы о принадлежности биномиальных выборок к одной генеральной совокупности. Рассмотрено применение усеченного последовательного плана испытаний для статистического контроля качества продукции с целью принятия решения о завершении летных испытаний разгонного блока с учетом результатов эксплуатации прототипов. Применение этого плана позволяет сократить количество запусков в рамках летных испытаний для подтверждения заданного требования к вероятности безотказной работы разгонного блока в полете.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье рассматривается динамика раскрытия солнечных батарей - одной из ключевых динамических операций функционирования космических аппаратов. Обоснована необходимость анализа динамики раскрытия батарей уже на ранних стадиях проектирования. Приведены актуальные кинематические схемы раскрытия, указаны структурные элементы системы раскрытия. Рассмотрены подходы к математическому моделированию процесса раскрытия солнечных батарей, основанные на методах аналитической механики с учетом особенностей моделируемой системы: конструкции солнечной батареи и свойств отдельных ее элементов, кинематической схемы ее раскрытия, средств инициации разворота панелей и т. д. В статье предлагается методический подход к моделированию раскрытия крупногабаритных солнечных батарей космического аппарата с универсальным формированием расчетной модели, удобный для разработки эффективных численных алгоритмов и высокоскоростных программных реализаций. Этот подход основан на представлении конструкции космического аппарата и солнечных батарей как пространственной структурно-сложной системы тел, совершающих относительное движение под действием специфических силовых факторов. Для каждого тела записываются уравнения движения на основании общих теорем динамики. Действие других элементов батареи на выделенное тело учитывается в виде сил и моментов реакции связи. Для их определения составляются специальные уравнения, вид и структура которых обусловлены конструкцией узлов соединения отдельных элементов батареи. Предложенный подход обладает широкими адаптационными возможностями, позволяющими описывать различные конструкции и схемы раскрытия. Он позволяет определять основные интегральные параметры процесса раскрытия солнечных батарей.
Бесплатно
