Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 505
Статья научная
Создание микроконтроллерной системы управления двигателем-маховиком для высокодинамичных космических аппаратов на российской элементно-компонентной базе позволило сформулировать постановку задачи по поиску функции управления в режиме заданной скорости вращения ротора двигателя-маховика. В данной статье изложен один из возможных вариантов математического исследования поставленной задачи, а именно - применение структурного анализа, базирующегося на теории графов. В рамках решения поставленной задачи был построен граф отработки новой требуемой скорости, а для рассмотрения варианта стохастического случая построены характеризующие его матрицы инцидентности и смежности. Поставленная задача была решена с помощью степенной матрицы, преобразующей множество смежных матриц графа допустимых маршрутов решения, найдена функция управления в реальном масштабе времени. По итогам проделанной работы осуществлены натурные испытания созданной функции управления скоростью вращения ротора двигателя-маховика, построена математическая модель функции управления в реальном масштабе времени, и сделаны выводы о возможности внедрения результатов данного исследования.
Бесплатно
Статья научная
Достоверность нагрузок, действующих на элементы конструкции космических аппаратов, во многом зависит от точности их расчетных конечно-элементных моделей. Рассматривается процесс верификации математических моделей изделий ракетно-космической техники, который включает в себя следующие этапы: разработка моделей, подготовка и проведение модальных испытаний, корреляционный анализ и корректировка моделей.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются практические результаты внедрения интерактивной мультиагентной системы построения программы полета, грузопотока и расчета ресурсов Российского сегмента Международной космической станции (МАС «Программа полета и грузопоток»). Описываются основные этапы создания проекта от технического задания до промышленной эксплуатации системы. Дается краткое описание программных модулей системы, каждый из которых обеспечивает формирование и контроль реализации планов по одной из областей обслуживания станции. Описываются результаты внедрения системы: новые функциональные возможности, повышение гибкости и оперативности в принятии решений, увеличение эффективности использования ресурсов Международной космической станции, интеграция с уже существующими информационными системами РКК «Энергия». Дается оценка эффективности применения разработанной системы, и намечаются перспективы ее развития.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрено практическое применение автоматизированных систем управления для изготовления изделий вспомогательного производства в машиностроении. В ходе работ был выполнен анализ применяемых на машиностроительных предприятиях отечественных и иностранных систем. Определены текущие проблемы, а также выявлены предпосылки для внедрения автоматизированных систем управления жизненным циклом при изготовлении средств технологического оснащения на предприятиях аэрокосмической отрасли. Представлены пути создания единой системы управления жизненным циклом изделий вспомогательного производства на промышленном предприятии с применением отечественных разработок.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается использование лазерного высотомера в качестве резервного измерителя при ручном управлении сближением космических аппаратов (КА) на окололунной орбите. Представлены технические характеристики лазерных и радиолокационных приборов, используемых для измерений при управляемом спуске на поверхность планеты и при сближении КА. Выполнен анализ требований к лазерным высотомерам, предъявляемых к измерительным средствам, используемым при сближении КА. Проведены энергетические расчеты дальности измерений, выполненные с учетом характеристик пассивного КА и требований лазерной безопасности. Рассмотрены методы защиты фотоприемного устройства от перегрузки отраженным сигналом. Определена зависимость ослабления оптического аттенюатора от дальности измерений, обеспечивающего защиту фотоприемного устройства при наличии близкорасположенных диффузно отражающего пассивного КА и уголкового отражателя. Полученные результаты показывают принципиальную возможность применения лазерного высотомера для ручного управления сближением КА на окололунной орбите.
Бесплатно
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
