Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 446
Статья научная
В настоящей статье представлен обзор стационарных плазменных и электро-термокаталитических двигателей, разработанных АО «ОКБ «Факел» и предназначенных для работы в составе систем управления движением космических аппаратов. Кратко изложена история, повествующая о первых космических рубежах, покорённых электр оракетными двигателями, двигательными блоками и двигательными установками АО «ОКБ «Факел». Приведены основные параметры двигателей АО «ОКБ «Факел», применяемых в настоящее время в космическом пространстве. Представлены новые перспективные разработки АО «ОКБ «Факел», предназначенные как для повышения эффективности и расширения возможностей двигательных установок в составе космических аппаратов (в т. ч. в составе малых космических аппаратов формата Cube Sat), так и для выполнения крупномасштабных научно-технических задач ближайшего будущего, к числу которых относятся задачи по исследованию и освоению планет и небесных тел Солнечной системы.
Бесплатно
Статья научная
Очистка атмосферы гермообъемов долговременных космических станций от диоксида углерода (СО2) является одним из основных вопросов жизнеобеспечения космонавтов, поскольку каждый человек в среднем выделяет в сутки 480 л СО2 (~1 кг). Хотя СО2 является одним из газов, необходимых для дыхания человека, его уровень следует поддерживать в атмосфере гермоообъема ниже нормативов, превышение которых делает СО2 вредной для человека газовой примесью. При этом следует учесть, что в настоящее время установленные нормативы содержания СО2 в атмосфере космической станции не являются научно обоснованными. Основным параметром системы очистки, определяющим содержание СО2 в атмосфере гермообъема космической станции, является эффективный расход очищаемого воздуха через систему его очистки. Установлено, что для очистки атмосферы необходимо выполнить два требования: подвести воздух с необходимым расходом к системе очистки (это требование одинаково для всех типов систем) и обеспечить необходимую эффективность системы очистки для удаления примеси. Определена формула для расчета эффективного расхода через систему очистки атмосферы, позволяющая не только рассчитать необходимый расход через систему очистки, но и сравнить эффективность работы систем разных типов. Установлено, что наиболее эффективной системой очистки атмосферы от СО2 является сорбционная система, как обладающая наибольшей поверхностью поглощения при прочих равных условиях и, следовательно, наибольшим коэффициентом эффективности.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются результаты численного моделирования обтекания возвращаемого аппарата сегментально-конического типа и находящегося вблизи него отделяющегося лобового теплозащитного экрана. Исследуется влияние их относительного расположения на структуру потока и действующие на них аэродинамические силы. Проводится визуализация пространственно-нестационарной вихревой структуры потока. Численное моделирование основано на консервативном конечно-разностном методе потоков. Расчеты осуществляются с использованием параллельных алгоритмов, реализованных на суперкомпьютере кластерной архитектуры. Проведенные расчеты говорят о существенном влиянии относительного положения объектов на их аэродинамические характеристики. Замечено, что аэродинамическое сопротивление лобового теплозащитного экрана увеличивается, а сопротивление возвращаемого аппарата становится отрицательным, что замедляет процесс их расхождения. При появлении поперечных смещений на лобовом теплозащитном экране и возвращаемом аппарате действуют дополнительные возмущающие аэродинамические силы и моменты, влияющие на траектории их относительного движения. Приведенные данные показывают, что лобовой теплозащитный экран статически устойчив в исследованном диапазоне изменения определяющих параметров.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время геостационарная орбита является предпочтительной для размещения спутников связи. Традиционные схемы выведения с использованием химических двигателей недостаточно эффективны и требуют задействования ракет-носителей тяжелого класса. Комбинация электроракетных и химических двигателей увеличивает массу полезной нагрузки. В свою очередь, при выведении космического аппарата с применением электроракетных двигателей возникает проблема отыскания оптимальных законов управления вектором тяги. В статье рассматривается перелет космического аппарата с электроракетной двигательной установкой малой тяги с высокоэллиптической на геостационарную орбиту. Предлагается приближенно-оптимальный закон управления вектором тяги. Приведены примеры моделирования перелета с использованием разработанного закона управления для различных вариантов исходных данных. Проведен выбор параметров промежуточных высокоэллиптических орбит с целью минимизации времени перелета на целевую орбиту, оценено влияние сопротивления остаточной атмосферы во время полета в области перигея орбиты. Учитывая малую погрешность метода и простоту реализации алгоритмов, предлагаемый метод может быть использован для проектно-баллистических расчетов.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты численного и экспериментального исследований турбулентного обтекания космической головной части с пилотируемым транспортным кораблем и ракетным блоком аварийного спасения на участке выведения на орбиту. Основной задачей этих исследований является определение амплитудночастотных характеристик пульсаций давления на поверхности возвращаемого аппарата. Описана двухэтапная комбинированная схема с моделированием вихревых структур рассматриваемого турбулентного течения, построенная для решения данной задачи, и представлены результаты ее верификации путем сопоставления соответствующих расчетных данных с результатами измерений пульсаций давления на модели масштаба М 1:20, параллельно проводившихся в аэродинамической трубе Т-128 ЦАГИ. Анализ результатов расчетов обтекания натурного объекта при дозвуковых, трансзвуковых и сверхзвуковых режимах полета свидетельствует о том, что на участке выведения поверхность космической головной части испытывает сильные динамические нагрузки (при числе Маха полета М = 1,5 интенсивность пульсаций давления достигает 175 дБ). Показано также, что значительный (до 7 дБ) дополнительный вклад в эти нагрузки вносится турбулентными вихревыми следами за соплами двигателей ракетного блока аварийного спасения.
Бесплатно
Статья научная
Возвращаемый аппарат разрабатываемого РКК «Энергия» пилотируемого транспортного корабля в штатном случае осуществляет мягкую посадку на земную поверхность с использованием парашютно-реактивной системы и посадочных устройств. В нештатных ситуациях возможна посадка возвращаемого аппарата на водную поверхность. В этом случае возникает необходимость определения гидродинамических воздействий на возвращаемый аппарат при касании водной поверхности и в процессе погружения в водную среду, а также исследования динамики поведения аппарата в последующие моменты времени. В данной публикации представлены результаты предварительных численных исследований гидродинамических воздействий на аппарат сегментально-конической формы при приводнении, выполненных с использованием программного комплекса FlowVision специалистами компании ТЕСИС и РКК «Энергия». Рассмотрен случай посадки на водную поверхность с неработающей твердотопливной двигательной установкой в условиях штиля и при отсутствии взаимодействия струй двигателей с водной поверхностью. Представлены данные по распределению давления по поверхности экрана агрегатного отсека в процессе погружения аппарата в водную среду и динамике поведения аппарата после приводнения. Приведены диаграммы структуры течения около возвращаемого аппарата в различные моменты времени, а также изменения по времени интегральных сил и моментов, действующих на аппарат. Данная информация необходима для детального анализа особенностей взаимодействий при приводнении.
Бесплатно
Реакторный исследовательско-испытательный комплекс
Статья научная
В статье представлен обзор истории развития и текущего состояния реакторного исследовательско-испытательного комплекса АО «ГНЦ РФ-ФЭИ», предназначенного для сборки, исследований и полномасштабных ресурсных энергетических испытаний космических ядерных энергетических установок (ЯЭУ) с термоэмиссионным реактором-преобразователем. Представлены ведущие специалисты, которые принимали участие в создании и работе данного комплекса. Обсуждаются наиболее важные технологические интерфейсы и работы по их модернизации, проводимые в последние годы. Авторы рассматривают использование безмасляной системы откачки в составе данного комплекса при обезгаживании и ресурсных испытаниях реактора-преобразователя. Предложены современные технические решения для разработки автоматизированной системы специзмерений, предназначенной для регистрации характеристик испытываемой ЯЭУ, в т. ч. вольт-амперных характеристик совместно с теплофизическими и ядерно-физическими параметрами наземного прототипа космической ЯЭУ.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлен новый подход к разработке многокристальных систем на базе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), реализующих объемные алгоритмы управления космическими аппаратами. При этом подходе учитываются требования по стойкости к специальным факторам и специфика реализуемых алгоритмов. Описан принцип разделения единого алгоритма на функциональные узлы и принципы их взаимодействия. Предложена методика защиты межкристальных связей с помощью кодов, восстанавливающих ошибки, с учетом вероятности возникновения ошибок в кодере. Обобщены результаты тестирования математической модели метода радиационно-стойкого кодирования на базе сверточного кода, а также испытания имплементации разработанной схемы в кристаллы ПЛИС. Сделаны выводы о перспективах применения данного метода с учетом расширения номенклатуры доступных к применению ПЛИС российского производства.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен новый метод регенеративного охлаждения камеры жидкостных ракетных двигателей с использованием принципа межканального движения теплоносителя сквозь пористый металлический сетчатый материал, изготовленный методом диффузионно-вакуумной сварки металлических тканых сеток. Теоретически обоснована необходимость перехода от одномерного (продольно-канального) к двумерному (межканальному) межсеточному движению теплоносителя сквозь пористый сетчатый материал. Представлены экспериментальные данные по гидравлическому сопротивлению и теплообмену в пористых металлических сетчатых материалах. На основе экспериментальных данных получено обобщающее критериальное уравнение поверхностной теплоотдачи для трактов с межканальным двумерным межсеточным движением теплоносителя сквозь металлический сетчатый материал. Исследована эффективность теплообмена трактов с межканальным движением теплоносителя.
Бесплатно
Статья научная
Цель работы - выяснить особенности функционирования приборных шариковых подшипников качения, применяемых в служебной и научной аппаратуре космического аппарата в колебательном режиме в вакууме со смазкой ВНИИ НП-274н. Ресурс работы таких подшипников в основном определяется режимом смазывания, а также уровнем момента сопротивления вращению, показывающим внутренние энергетические потери. Для наблюдения за данными параметрами в процессе работы подшипников в колебательном режиме в вакууме был создан электромеханический исследовательский стенд. Полученные экспериментальные данные колебательного режима сравнивались с данными, полученными при непрерывном вращении тех же подшипников. По результатам испытаний определен режим смазывания, предложена эмпирическая формула зависимости момента сопротивления вращению от параметров колебательного движения, а также даны рекомендации по продлению ресурса. Статья может быть полезной для разработчиков приборов служебной и научной аппаратуры КА с колеблющимся валом, в качестве опор которого используются приборные шариковые подшипники качения с преимущественно осевой нагрузкой.
Бесплатно
Статья научная
Показана важность определения интенсивности растворения неконденсируемого газа в компонентах топлива, используемых в ракетных двигательных установках, в связи с влиянием газосодержания в топливе на работоспособность жидкостного ракетного двигателя. Обоснована необходимость экспериментальных исследований интенсивности растворения газообразного гелия в жидком водороде на крупно -масштабной экспериментальной установке при создании кислородно-водородной двигательной установки ракеты-носителя «Энергия». Представлены особенности проведения исследований с обоснованием модели процесса и обобщением экспериментальных данных. Получена зависимость для коэффициента массообмена в безразмерном виде для широких диапазонов изменений критериев подобия, характерных для высококипящих и криогенных жидкостей. Приведены сравнительный анализ и преимущества полученных результатов, а также краткие сведения об их практическом использовании. Результаты исследований растворимости гелия в жидких криогенных компонентах топлива - водороде и кислороде - могут использоваться при разработке ракетных блоков с криогенными компонентами топлива ракеты-носителя сверхтяжелого класса.
Бесплатно
Статья научная
Композиционные материалы - углепластики имеют высокие удельные характеристики прочности и жесткости в сравнении с традиционными конструкционными материалами. В настоящей статье приведены результаты экспериментальных исследований углепластиков на основе различных углеродных наполнителей и полимерных связующих: ПСБ250/А, ПСБ250/Б, ПСБ250/В, 22500/НИИКАМ-РС, КМКУ-4м.175, КМУ-4Э, КМКУ3.150.Э01 для оценки возможности их использования при изготовлении высоконагруженных конструкций космической техники. В результате проведенных исследований определены следующие характеристики: физико-механические, теплофизические, оптические, электрофизические, уровень газовыделения в вакууме, степень негерметичности образцов материалов по гелиево-воздушной смеси, параметры безопасного применения, включая токсикологическую и пожарную безопасность и микробиологическую стойкость. Эти характеристики необходимы для проектного расчета указанных выше конструкций.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены частные аналитические решения уравнений, описывающие изменение концентрации примеси диоксида углерода в атмосфере обитаемых объёмов герметичных отсеков или модулей (ГМ) космической станции. Полученные решения могут практически применяться при расчёте концентраций любых примесей или расхода атмосферы через систему очистки. Получено, что при выбросе в атмосферу ГМ малотоксичных примесей достаточно прокачать три объёма воздуха ГМ через систему очистки при работе системы без проскоковой концентрации (без остаточной концентрации примеси на выходе из системы очистки) для того, чтобы очистить его атмосферу на 95%. Для примесей высокой токсичности это значение должно быть существенно увеличено в зависимости от предельно допустимой концентрации вещества (4-7 объёмов и более - очистка до 99,9%). В работе рассмотрено также изменение концентрации примеси в газовой среде при перемешивании газовой среды между ГМ с помощью межмодульной вентиляции. В результате получены новые аналитические решения для практических расчётов, позволяющие определить концентрацию газовой примеси в каждый момент времени и время окончательного выравнивания концентрации примеси в атмосфере космической станции. Определено, что время полного перемешивания газовых примесей за счёт межмодульной вентиляции между двумя ГМ не зависит от начальных концентраций примесей (зависит только от объёмов ГМ и величины межмодульного расхода вентиляции).
Бесплатно
Статья научная
В данной работе представлены результаты повторного применения двигателей управления спуском спускаемого аппарата транспортного пилотируемого корабля «Союз». Приведено описание конструкции двигателей, их характеристики и схема расположения на спускаемом аппарате. На основе статистических данных выработки ресурса двигателей определено, что остаточный ресурс более чем в полтора раза превышает необходимое значение для повторного применения. Представлены результаты автономных испытаний каталитических пакетов и двигателей для подтверждения возможности повторного применения. Показано, что характеристики двигателей при повторном применении остаются в пределах, допускаемых конструкторской документацией. Представлено описание программы послеполётного обслуживания, по результатам прохождения которой на двигатели выдаётся заключение о годности к повторному применению. Приведена статистика повторного применения двигателей управления спуском. На 01.06.2020 г. повторное применение получили 40 двигателей. Все двигатели отработали без замечаний.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей статье исследуется влияние различных способов подготовки поверхности углепластиков на прочностные характеристики клеевых соединений, представлены требования к «жертвенным» слоям, рассмотрены различные материалы «жертвенных» слоёв, проведена сравнительная оценка усилия (лёгкости отслаивания) их удаления, наличия остатков углеродного наполнителя на «жертвенном» слое, а также наличия на углепластике остатков «жертвенного» слоя. Приведены результаты экспериментальной отработки способов подготовки поверхности углепластиков к склеиванию, проанализирован характер разрушения клеевого соединения, и определены характеристики прочности клеевых соединений с различными способами подготовки поверхностей склеиваемых образцов.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей статье приведены результаты комплексных экспериментальных исследований высокотемпературных клеевых композиций и вспенивающейся пасты на бисмалеимидной основе, определены технологические (тиксотропность, коэффициент вспенивания, содержание летучих веществ, степень отверждения, растекаемость и текучесть) и механические (пределы прочности при сдвиге, равномерном отрыве и сжатии) характеристики. Исследовано влияние ускоренных климатических испытаний и радиационного облучения на механические характеристики, и определен уровень газовыделения в вакууме клеевых композиций и вспенивающейся пасты.
Бесплатно
Статья научная
Предложен релейный алгоритм управления группировкой космических аппаратов (КА), в состав которой входят «пассивный» (виртуальный) КА, движущийся по невозмущенной круговой орбите, и несколько «активных», маневрирующих относительно него, КА. Задача управления состоит в удержании каждого активного КА на своей финитной траектории относительно виртуального аппарата, задающего центр группировки, с минимально возможным расходом топлива. Для описания движения маневрирующих спутников относительно центра группировки используются модифицированные уравнения Хилла-Клохесси-Уилтшира, учитывающие сжатие Земли и аэродинамическое сопротивление. Основное внимание в работе уделено исследованию существования устойчивых предельных циклов и нахождению областей их притяжения, а также поиску значений параметров релейной системы управления, обеспечивающих минимальный расход топлива на поддержание надлежащего динамического поведения группировки.
Бесплатно
Статья научная
История развития прикладных наук знает немало примеров, когда методы и подходы, разработанные для одной из них, оказываются весьма эффективными для других, на первый взгляд, практически с ними не связанных. Это в полной мере может быть отнесено и к задачам обработки и интерпретации опытных данных по результатам испытаний каких-либо динамических систем, в частности, бортовых систем изделий ракетно-космической техники. В настоящей статье с этой точки зрения рассмотрены некоторые типовые обратные задачи, возникающие при оценке состояния таких систем. Показано, как в ряде часто встречающихся на практике случаев методические трудности решения обратных задач могут быть преодолены посредством использования методов, разработанных в другом известном направлении прикладной математики - теории оптимального управления.
Бесплатно
Робототехнические системы космического назначения
Статья научная
В статье рассмотрены актуальность, условия и ограничения развития и применения технологий робототехники в космической деятельности. Представлены перспективные разработки в области автоматических космических аппаратов для исследования Луны, а также перспективные робототехнические системы (РТС) для Международной космической станции и Российской служебной орбитальной станции. Проведён анализ задач, которые требуется выполнять РТС в космическом пространстве и на Луне. Рассмотрены технологии и конструктив РТС и задающего устройства копирующего типа проекта «Теледроид». Предложен вариант применения в сертификационном полёте лунного взлётно-посадочного корабля с антропоморфной РТС в качестве полезной нагрузки.
Бесплатно
Статья научная
В статье анализируется опыт использования РКК «Энергия» компьютерного моделирования для прогнозирования аэрогазодинамических характеристик в процессе проектирования изделий ракетно-космической техники. Показана тенденция изменения во времени соотношения характеристик, определяемых расчетным и экспериментальным путем, а также роль физического эксперимента в исследованиях аэродинамики изделий. Рассмотрены преимущества и недостатки двух взаимодополняющих друг друга методов исследования.
Бесплатно
