Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 497
Применение мембранной аппаратуры для регенерации санитарно-гигиенической воды на космической станции
Статья научная
В состав комплекса систем жизнеобеспечения космической станции предполагается введение средств санитарно-гигиенического обеспечения (ССГО) водными процедурами и системы регенерации санитарно-гигиенической воды (СРВ-СГ). Российская концепция подразумевает организацию отдельного контура санитарногигиенического водообеспечения. С целью повышения комфорта пребывания экипажа на космической станции предполагается введение на борт следующих ССГО: устройства для мытья рук и лица (умывальника), оборудования для мытья тела, сауны, стиральной машины. Предполагается, что данное оборудование будет работать совместно с системой регенерации воды СРВ-СГ. При проведении водных процедур экипаж будет использовать аналогичные общепринятым жидкие моющие средства, минимально загрязняющие атмосферу. В материалах статьи экспериментально подтверждена эффективность метода обратного осмоса применительно к очистке санитарно-гигиенической воды. Прототип системы СРВ-СГ обеспечил требуемое качество очищенной воды, позволил оценить показатели очистки и ресурсные характеристики разрабатываемой системы. Исходя из характеристик макетных образцов и штатного оборудования, проведена оценка затрат массы при введении на борт МКС различного набора ССГО совместно с системой СРВ-СГ.
Бесплатно
Статья научная
Представлена краткая эволюция технологий получения белого свечения светодиодов для использования их в осветительных приборах. Обозначена проблема получения белого, «дневного» света. Представлены полупроводниковый прибор - светодиод - как элемент освещения, его описание и оснащаемые им светильники в космических тренажёрах соответствующих пилотируемых космических аппаратов. Проведён анализ светильников в системе внутреннего освещения космических тренажёров модулей Российского сегмента Между -народной космической станции. Отмечены положительные и отрицательные стороны применявшихся ранее люминесцентных и используемых в настоящее время светодиодных источников излучения. В качестве примера рассмотрен светильник светодиодный ССД305 общего освещения космического тренажёра малого исследовательского модуля «Поиск». Выделены особенности разработки системы внутреннего освещения для пилотируемых космических аппаратов. Представлены светильник светодиодный варьируемый ССД311 и перспективная система управления светильниками с программно изменяемыми яркостью и спектром для моделирования естественного освещения с целью изучения её положительного воздействия на человека и дальнейшего применения в различного рода замкнутых пространствах и ограниченных объёмах.
Бесплатно
Применение фильтра Калмана к задачам управления причаливанием космических аппаратов
Статья научная
Рассмотрена возможность применения адаптивного наблюдателя с использованием калмановской фильтрации для управления причаливанием крупногабаритного космического аппарата с упругими элементами конструкции к орбитальной станции. Формирование оценок вектора состояния причаливающего космического аппарата базируется на применении модальной декомпозиции его динамического поведения. Указанные оценки минимизируют влияние возрастающей интенсивности нестационарных шумов в сигналах датчиковой аппаратуры, обусловленных переотражением радиосигналов от элементов конструкции орбитальной станции, нарастающими параллаксационными искажениями в процессе сближения и упругими колебаниями конструкции причаливающего аппарата. Изложен алгоритм управления движением космического аппарата в режиме причаливания и стыковки. Приведен сравнительный анализ результатов математического моделирования динамики объекта управления в режиме причаливания как с применением калмановской фильтрации, так и без нее.
Бесплатно
Статья научная
В связи с планированием освоения Луны и дальнего космоса большое значение имеет организация санитарно-гигиенического обеспечения экипажа с замкнутым циклом использования воды. В настоящее время в России и США проводятся работы по исследованию процесса регенерации санитарно-гигиенической воды с использованием обратного осмоса, как наиболее экономичного в части энергозатрат. В то же время, в России разработана и проходит опытную эксплуатацию на Международной космической станции система регенерации воды из урины СРВ-У-РС, основанная на методе вакуумной дистилляции с рекуперацией тепловой энергии, затраты электрической энергии в которой сравнимы с затратами при проведении очистки санитарно-гигиенической воды методом обратного осмоса. Поэтому были организованы и проведены исследования и испытания прототипа комплексной системы регенерации воды из урины и санитарно-гигиенической воды применительно к условиям работы на космической станции. Исследования показали возможность регенерации санитарно-гигиенической воды, в т. ч. в смеси с уриной, методом вакуумной дистилляции в системе типа научной аппаратуры СРВ-У-РС. Полученные результаты обеспечивают разработку комплексной системы регенерации воды из урины и санитарно-гигиенической воды.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена проведению расчётов надёжности пилотируемых космических аппаратов с использованием статистических закономерностей проявления отказов их приборов, блоков и узлов в полёте. Сформулированы критерии зачётности отказов приборов для расчётов надёжности, предложен метод анализа и классификации отказов, позволяющий учитывать различные виды отказов при проведении оценок надёжности. Рассмотрена гипотеза об отсутствии статистически значимых различий вероятностей отдельных зачётных отказов и показана возможность её принятия с использованием дисперсионного анализа. Разработан метод оценки надёжности изделий с использованием функциональной зависимости надёжности от количества проявляющихся в полёте отказов, позволяющий существенно упростить проведение расчётов надёжности сложных изделий, устанавливать допустимое с точки зрения требований к надёжности изделия количество отказов элементов в полёте, исследовать различные схемы изделия по критерию надёжности. Предложен метод оценки нижней границы вероятности выполнения программы полёта пилотируемых космических аппаратов на основании анализа видов, последствий и критичности отказов, обоснована возможность оптимизации резервирования изделия на основе требований по отказоустойчивости.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты разработки и верификации алгоритмов интегрирования движения космического аппарата вокруг центра масс как твёрдого тела. Алгоритмы разработаны на языке высокого уровня С++ как прототипы и элементы алгоритмов бортового программного обеспечения системы управления движением и навигации перспективных космических аппаратов. Разработаны пять алгоритмов интегрирования с постоянным шагом на основе модифицированного метода дискретных лагранжианов Мозера-Веселова и схемы расщепления Штёрмера-Верле второго порядка. Эти алгоритмы обеспечивают, соответственно, точности 2, 4, 6, 8 и 10-го порядков по шагу интегрирования для задач свободного углового движения твёрдого тела (FRB - free rigid body motion) и улучшают точность прогноза вращения под действием потенциальных и непотенциальных обобщённых сил (TRB - torqued rigid body motion). Потенциальными воздействиями являются воздействия сил гравитации и, отчасти, аэродинамики. Разработаны также два алгоритма интегрирования с переменным шагом по времени, дающие относительные точности выше 10-го порядка для гладких задач. Для верификации алгоритмов разработан комплекс взаимодействующих программ в средах Visual C++ и MATLAB. Применялось масштабирование фазовых переменных, интегралов движения и времени. Приведены краткие описания алгоритмов и методов их тестирования, результаты верификации и рекомендации по выбору точностей, величин интервала и шага интегрирования. В качестве исходных данных использованы инерционно-массовые характеристики сборок проектируемой Российской орбитальной станции.
Бесплатно
Прогнозирование остаточного срока активного существования космического аппарата
Статья научная
Изложены методы математической статистики, позволяющие следить за качеством космических аппаратов в ходе их производства и заблаговременно сигнализировать о возможных нарушениях при контроле качества аппаратуры. Представлен алгоритм по определению среднего количества отказов в целом за все установленные наработки и за наработку, на которую необходимо установить прогноз. Установлено, что прогнозирование среднего количества отказов по изделиям космической техники в целом необходимо выполнять, когда по отдельным агрегатам наблюдается небольшое количество отказов и прогнозирование их за назначенную наработку по этим агрегатам имеет значительные погрешности. Представлены общие принципы, позволяющие проверить, насколько точным и устойчивым является производственный процесс, а также определить параметры распределения нестандартных отклонений в случае устойчивого технологического процесса.
Бесплатно
Программно-методический подход к моделированию динамики посадки лунного взлётно-посадочного корабля
Статья научная
В статье предлагается подход к реализации системы моделирования и анализа динамики посадки лунного взлетно-посадочного корабля на прикладном программном обеспечении Adams MSC Software и кодовой базе на языке программирования Python. Данный подход обусловлен потребностью автоматизации создания модели, ускорения процесса разработки и минимизации ошибок, так как совместное использование ряда технологий позволяет исключить ошибки, обусловленные человеческим фактором при выполнении рутинных операций. В процессе решения сложных инженерных задач, таких как посадка корабля на поверхность Луны, применяется принцип разбиения задачи на ряд более простых и мелких и, следовательно, используется ряд соответствующих технологий. Однако часто отсутствуют готовые решения под оригинальные задачи, поэтому возникает необходимость формализации процесса разбиения задачи разработки соответствующего инструмента для их решения.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты проектных проработок варианта перспективной системы средств выведения, проведенных РКК «Энергия» в инициативном порядке как альтернатива космическому ракетному комплексу «Русь-М», который разрабатывался для космодрома «Восточный» в 2009-2011 гг.
Бесплатно
Проектирование системы отображения информации скафандра для внекорабельной деятельности
Статья научная
В настоящей статье рассматриваются вопросы макропроектирования системы отображения информации (СОИ) космического скафандра, используемого для выполнения внекорабельной деятельности. Предложены внешние и внутренние критерии, математическая постановка задачи оптимизации СОИ. На основе анализа деятельности космонавта разработаны требования к СОИ, среди которых ряд новых, ранее не выдвигавшихся: наличие интерфейсов СОИ с бортовыми системами пилотируемого космического аппарата; поддержка навигации космонавта на внешней поверхности станции; отображение требуемых фрагментов бортовых инструкций; просмотр полученных с помощью фото- или видеокамеры изображений; отображение текущих физиологических параметров космонавта и выдача рекомендаций по оптимизации его функционального состояния. Предложена концепция построения двухуровневой СОИ. Первый уровень разрабатывается на базе высоконадежных элементов с необходимым уровнем резервирования. Аналогом СОИ первого уровня являются существующие средства отображения скафандра. СОИ второго уровня создается на базе коммерческих продуктов. Предлагается создавать СОИ второго уровня на базе коммерческого планшетного компьютера (возможно в сочетании с очками или проектором). Этот подход ускоряет процесс проектирования и соответствует имеющейся в настоящее время в российской и иностранной космической технике тенденции построения бортового оборудования на базе готовых коммерческих продуктов. Однако, он требует уделять больше внимания (по сравнению с традиционным подходом) разработке требований к СОИ, которые послужат основой для ее модернизации. Предложенный подход может применяться при проектировании СОИ других сложных систем.
Бесплатно
Статья научная
На примере проектирования научно-энергетического модуля Российского сегмента Международной космической станции приведены методика и формулы расчета систем электроснабжения орбитальных космических аппаратов. Изложено обоснование состава систем электроснабжения этого модуля, описан анализ вариантов на производительность, реализуемость и технико-экономическую эффективность. Принципиальной особенностью методики является совместный учет периодического затенения солнечных батарей конструктивными элементами станции, КПД аккумуляторных батарей и аппаратуры регулирования и контроля, а также требований обеспечения теплового режима. На основании расчета принято решение о выборе типа аккумуляторных батарей, обеспечивающего наименьшие суммарные затраты. Методика применима при проектировании орбитальных космических аппаратов с системой электроснабжения на основе солнечных батарей и представляет сведения, полезные при определении состава и технических параметров этой системы.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются принципы построения системы управления движением и навигации (СУДН) Международной космической станции (МКС), состоящей из двух систем: российской и американской. Приводятся задачи, решаемые каждой из СУДН, общая схема СУДН МКС, обмен данными и командами между СУДН российского сегмента и СУДН американского сегмента. На примерах управления ориентацией МКС с использованием реактивных двигателей и разгрузки накопленного кинетического момента американских силовых гироскопов рассмотрена модификация алгоритмов управления угловым движением в процессе полёта МКС.
Бесплатно
Проектная история создания Международной космической станции
Статья научная
Международная космическая станция (МКС) - беспрецедентный по своим масштабам и значимости проект. Долгосрочное функционирование МКС является важным примером эффективного международного сотрудничества в сфере освоения космического пространства. 25 лет назад, в ноябре 1998 г., на орбиту был выведен первый элемент МКС - функционально-грузовой блок «Заря». Это событие стало эпохальным для отечественной и мировой космонавтики. В статье показана история возникновения и развитие проекта МКС (которому в 2023 г. исполнилось 30 лет), включая изменения, происходившие по ходу развёртывания станции.
Бесплатно
Статья научная
Проведен проектно-баллистический анализ перелетов электроракетного буксира с солнечной энергоустановкой с низкой околоземной орбиты на геостационарную, низкую окололунную орбиты и в точки либрации с возвращением на опорную орбиту. Расчеты проводились для диапазона проектных параметров буксира, которые выбирались путем варьирования скорости истечения (удельного импульса) рабочего тела. Учитывалось, что тяговый КПД реальных двигателей изменяется в зависимости от рабочего режима и обычно увеличивается с увеличением скорости истечения. Солнечная энергоустановка рассматривалась в двух вариантах: на основе существующих фотоэлектрических преобразователей с КПД 28%; на основе перспективных фотоэлектрических преобразователей с КПД до 40%. Проведенный анализ показал принципиальную возможность эффективного использования для транспортных операций в системе Земля - Луна электроракетного буксира с солнечной энергетической установкой мощностью порядка 400 кВт.
Бесплатно
Статья научная
Представлен первый в ракетно-космической отрасли опыт организации цикла проектно-ориентированной подготовки команды иностранных специалистов по направлению создания автоматических космических аппаратов в ходе международного коммерческого контракта. Предложена методика обучения специалистов в виде стажировки на предприятии в процессе изготовления космической техники. Определены основные требования к организации стажировки, даны практические рекомендации по их выполнению. Рассмотрены основные этапы и результаты подготовки. Представлен вариант организации и проведения практической подготовки с оценкой результатов, достигнутых стажерами. Описана схема и предложен порядок участия стажеров в рассмотрении этапов контракта. Представлены преимущества как для Заказчика, так и для предприятия-разработчика новой техники от проведения практической подготовки стажеров в ходе проектирования, конструирования, экспериментальной отработки, сборки и испытаний автоматического космического аппарата.
Бесплатно
Статья научная
Применительно к комбинированной схеме энергодвигательного блока марсианского экспедиционного корабля выполнены проектные проработки пяти вариантов термоэмиссионной ядерно-энергетической установки (ЯЭУ) модульной схемы по литий-ниобиевой технологии электрической мощностью 5-10 МВт. Первый вариант спроектирован с характеристиками, обоснованными в проекте ЯЭУ для межорбитального буксира «Геркулес», остальные - с более высокими удельными энергетическими характеристиками, в значительной степени имеющими экспериментальное подтверждение, в т. ч. при реакторных испытаниях. Приведены проектные параметры термоэмиссионных электрогенерирующих каналов, пакетов и термоэмиссионного реактора-преобразователя на быстрых нейтронах, пятислойной радиационной биологической защиты, литиевой системы охлаждения, а также характеристики ЯЭУ в целом. Подчеркнута необходимость создания новой, относительно ЯЭУ «Геркулес», системы управления и защиты реактора. Приведены компоновочные схемы ЯЭУ в транспортном (при выведении в грузовом транспортном контейнере ракеты-носителя типа «Энергия») и рабочем состояниях. Обсуждаются вопросы дальнейшего улучшения энергомассовых характеристик.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты решения задачи создания объединенной двигательной установки научно-энергетического модуля для обеспечения управления ориентацией Международной космической станции и перспективной Российской орбитальной станции при ограничении - отсутствии компрессора, обеспечивающего перекачку газа из наддувных полостей баков в баллоны объединенной двигательной установки. Рассмотрены два возможных варианта - осуществление дозаправки баков научно -энергетического модуля средствами транспортных грузовых кораблей и с помощью выносной двигательной установки - аналога использовавшейся на космической станции «Мир». Показана принципиальная возможность отказа от использования компрессора в пользу варианта заправки баков средствами транспортных кораблей, а также его преимущество по сравнению с вариантом использования выносной двигательной установки.
Бесплатно
Статья научная
Описанная в данной статье процедура проведения верификации подробных конечно -элементных моделей конструкций изделий ракетно-космической техники (космических аппаратов, ракет-носителей и т. п.) расширяет возможности их верификации по результатам модальных испытаний, так как включает в себя дополнительные этапы уточнения параметров моделей, в т. ч. и по результатам фактических измерений при эксплуатации конструкций. В процессе верификации уточняются жесткостные характеристики моделей элементов конструкций и динамические характеристики конструкций. Такая процедура проведения верификации позволяет получить качественно лучшие модели, учитывающие фактические условия эксплуатации конструкций. Верифицированные таким образом модели могут быть использованы для проведения анализа динамического нагружения конструкций с высокой степенью точности, а также для восстановления фактического динамического поведения при эксплуатации.
Бесплатно
Пятидесятилетие внекорабельной деятельности
Статья научная
Статья посвящена 50-летию первого выхода человека в открытое космическое пространство, который был осуществлен Алексеем Леоновым 18 марта 1965 г. из космического корабля «Восход-2». Рассматриваются сущностные научно-технические и гуманитарно-философские аспекты феномена внекорабельной деятельности. В кратком изложении представлены структура и функции, направления научной, конструкторской и экспериментальной поддержки внекорабельной деятельности, современное состояние защитного снаряжения - скафандра, средств фиксации в невесомости и адаптированных инструментов. Освещена роль и функции Ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С.П. Королёва в становлении и развитии средств и методов обеспечения производительного труда экипажа за бортом орбитальной станции. Акцентируется внимание на индивидуальной деятельности человека в открытом космосе как субъекта-исполнителя космической деятельности человечества. Предпринята попытка наметить вектор оптимизации внекорабельной деятельности, направленный к концу XXI столетия.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей статье описаны история и результаты работ АО УНПП «Молния» по созданию электрических систем зажигания кислородно-водородных и кислородно -керосиновых двигателей, описана целесообразность использования электрических систем зажигания для обеспечения многократного запуска двигателей. Рассмотрены системы зажигания двигателей РД0120 и РД0146 разработки АО КБХА, описаны основные сложности в процессе проектирования, решённые проблемы, обеспечивающие требования по надёжному воспламенению компонентов топлива в двигателе во всех условиях его работы. Описаны основные отличия систем зажигания, проведено сравнение их массогабаритных характеристик. Рассмотрена система зажигания КН-11 Б, применявшаяся в двигателях 17Д15, 17Д16, блоках газогенераторов объединённой двигательной установки космического комплекса «Буран» разработки РКК «Энергия». Описаны особенности конструктивного построения системы зажигания в двух раздельных корпусах, особенности работы системы зажигания в условиях полёта: работа в условиях вакуума, требования по обеспечению до 40 000 запусков, надёжная работа в условиях осаждения продуктов неполного сгорания топлива на рабочем торце свечи. Показана возможность обеспечения не менее 1 000 000 запусков двигателей. Описана система зажигания СЗЭ-7, разрабатываемая для двигателя малой тяги системы обеспечения запуска двигателя 11Д58МФ, являющейся развитием конструктивных решений, применявшихся в системе зажигания КН-11 Б, приведено сравнение их технических характеристик.
Бесплатно
