Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 435
Баллистические варианты пилотируемой экспедиции на марс с двигательными установками большой тяги
Статья научная
Проведён анализ показателей эффективности (продолжительности экспедиции, начальной массы экспедиционного комплекса, скорости входа в атмосферу Земли корабля возвращения экипажа) однокорабельной марсианской пилотируемой экспедиции с двигательными установками большой тяги. Получены локально-оптимальные решения (по затратам характеристической скорости на перелёт) траекторий перелёта Земля-Марс-Земля, отличающиеся продолжительностью ожидания у Марса, приближением к Солнцу, а также маршрутом (прямые перелёты Земля-Марс-Земля и с гравитационным манёвром у Венеры на участках Земля-Марс или Марс-Земля). Введённая классификация локально-оптимальных решений применима для двигательных установок как большой, так и малой тяги. Сравнение показателей эффективности проведено для вариантов марсианской пилотируемой экспедиции на базе жидкостных и ядерных ракетных двигателей при ограничении скорости входа в атмосферу корабля возвращения экипажа на Землю не более 12,5 км/с.
Бесплатно
Статья научная
Задачи оценки риска повреждения космических аппаратов (КА) и выработки мероприятий по его снижению и созданию систем защиты от воздействия сверхскоростных частиц микрометеороидов (ММ) и частиц космического мусора (КМ) являются весьма актуальными. Риск повреждения КА зависит от свойств элементов конструкции и интенсивности потоков сверхскоростных частиц. Противостояние любого элемента конструкции КА воздействию удара сверхскоростной частицы, как известно, описывается баллистическими предельными уравнениями. В настоящей работе выполнен анализ возможности использования разработанных к настоящему времени баллистических предельных уравнений для проведения оптимизации одностеночной и многостеночной защит КА от ММ/КМ. Под оптимизацией подразумевается сравнение относительной эффективности различных материалов и конфигураций защиты от сверхскоростных частиц. Приведены общие требования к баллистическим предельным уравнениям, пригодным для проведения сравнительного анализа защиты от ММ/КМ. Предложены уравнения, наиболее полно учитывающие различные факторы при оценке защиты от сверхскоростных частиц ММ/КМ.
Бесплатно
Бортовой тренажер для отработки действий экипажа космической станции в аварийных ситуациях
Статья научная
В статье рассматривается структура тренажера для тренировки экипажей космической станции по действиям в аварийной ситуации. Приводится краткая история вопроса. Цель тренажера - обеспечение возможности выполнения экипажем учебной (имеющей требуемое соответствие реальной) деятельности по парированию аварийных ситуаций при обеспечении минимальных полных приведенных затрат. Приведены функции и задачи тренажера, вытекающие из поставленной цели. Тренажер рассмотрен как сложная распределенная информационная система, включающая множества данных: цели и задачи тренажера; структуру тренажера (состав элементов тренажера и связей между ними); условия (требования, внешние и внутренние факторы, влияющие на создание и функционирование тренажера). Структура тренажера представлена в виде следующих множеств: персонал; технические средства тренажера; связи между элементами тренажера. Персонал тренажера состоит из администраторов, инструкторов, операторов центров управления полетами (ЦУП), экипажа. Технические средства тренажера представлены в виде множеств аппаратных средств, программных средств и базы данных. Для создания тренажера используются заимствованные средства космической станции: система связи «Земля-Борт», локальные сети космической станции и ЦУП, участвующие в управлении полетом, а также глобальная сеть Интернет. Рассмотрены структура и задачи программного обеспечения тренажера, включающие программное обеспечение бортового сервера, наземных серверов, бортового мобильного терминала, наземного рабочего места пользователя. Схема тренаже -ра включает в себя бортовую и наземную подсистемы, взаимодействующие между собой с помощью штатной системы связи «Земля-Борт». Представленный тренажер может применяться для отработки действий персонала по ликвидации аварийных ситуаций на сложных объектах с большим количеством персонала и технических средств.
Бесплатно
Статья научная
Предложен подход к выполнению вероятностных оценок массовых характеристик перспективных энергетических и двигательных установок для транспортных и транспортно-энергетических космических аппаратов, учитывающий влияние на процесс их создания случайных факторов. В основе подхода лежит метод экспертных оценок, предполагающий статистическую обработку результатов опроса. Обосновано использование усеченного нормального закона распределения для оценок масс энергетических и двигательных установок заданного уровня мощности. Представлены вероятностные оценки массовых характеристик одно- и двухрежимных термоэмиссионных космических ядерных энергетических установок для различных уровней мощности. Оценки выполнены на основе статистического анализа результатов опроса восьми экспертов. Получены аппроксимационные зависимости минимальных, максимальных и наиболее вероятных значений массы космических ядерных энергетических установок указанных типов от проектной мощности.
Бесплатно
Статья научная
Воздействие метеороидов и частиц космического мусора на космические аппараты - один из факторов, существенно влияющих на надежность и безопасность функционирования долговременных пилотируемых орбитальных станций, в частности Международной космической станции (МКС). Признано, что необходимая безопасность МКС достигается только путем применения в конструкциях модулей специальных средств защиты от ударов (экранной защиты). На иллюминаторах модулей МКС использовать эти средства невозможно, так как в процессе полета при проведении некоторых экспериментов, связанных с фотографированием, иллюминаторы находятся в открытом положении, и их внешние стекла подвергаются воздействию метеороидов и частиц космического мусора. В этой связи особого внимания заслуживает оценка влияния ударов частиц на повреждаемость и сопутствующее ей снижение прочностного ресурса стекол, так как только понимание процесса развития повреждений может позволить прогнозировать долговременность безопасной эксплуатации иллюминаторов и станции в целом. Когда встал вопрос о продлении сроков эксплуатации станции, возникла необходимость проведения работ по оценке вероятности разрушения стекол иллюминаторов при наличии на их поверхности повреждений. Для решения этой проблемы необходимо было провести теоретические исследования и подтвердить их экспериментальным путем. В данной статье излагаются результаты экспериментально-теоретических исследований прочности стекол иллюминаторов, поврежденных в результате ударов частиц, необходимые для оценки остаточного прочностного ресурса. Эти исследования позволили с достаточной степенью достоверности обосновать пролонгацию срока эксплуатации иллюминаторов Российского сегмента МКС и определять их жизненный запас в реальный момент времени.
Бесплатно
Влияние искажения формы конструкции на ее несущую способность
Статья научная
В статье описано искажение формы тонкостенных оболочек, вызванное поперечной и продольной усадкой конструкционного материала в процессе формирования сварного шва. Это явление характерно для топливных баков ракет-носителей, разгонных блоков, двигательных установок космических аппаратов и для герметичных отсеков: обитаемых, грузовых, приборных. Изложена методика аппроксимации искаженной формы оболочки, даны примеры расчета напряженно-деформированного состояния оболочки с фактически полученной в изготовлении геометрией. Показано, насколько радикально изменяются напряжения в зоне сварочных утяжек по сравнению с напряжениями в оболочке правильной формы. Приведены результаты расчетов и экспериментальные данные по снижению несущей способности оболочек из высокопрочных материалов, а также по многократному снижению ресурса оболочек из высокопластичного материала при циклическом нагружении вследствие искажения геометрии. Показано, что сварной шов в совокупности с измененной геометрией оболочки является наиболее уязвимым местом конструкции с точки зрения прочности. Отмечена наибольшая зависимость от утяжек конструкций из высокопрочных материалов. Приведены примеры из практики создания ракетно-космических конструкций.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты исследования влияния рабочего тела (РТ) электроракетной двигательной установки (ЭРДУ) на проектные параметры космического аппарата. Рассмотренная транспортная задача - перелёт космического аппарата с начальной массой 18 т с низкой околоземной орбиты на окололунную. Суммарные затраты характеристической скорости приняты равными 8 км/с. Проектные параметры космического аппарата определялись при оптимальном удельном импульсе ЭРДУ по критерию максимума полезной нагрузки. Влияние РТ выражалось через параметры ЭРДУ, непосредственно определяемые типом РТ: коэффициент массового совершенства системы хранения и подачи, численно равного отношению сухой массы системы хранения и подачи к массе РТ; КПД ЭРДУ; электрическую мощность, затрачиваемую на нагрев и поддержание необходимой температуры РТ. В качестве РТ рассмотрены газообразные, жидкие и твёрдые при нормальных условиях вещества. Рассчитаны следующие параметры космического аппарата: относительная масса полезной нагрузки; мощность энергетической установки; предельное значение удельной массы энергетической установки, при которой транспортная задача является осуществимой.
Бесплатно
Статья научная
Применительно к ранним стадиям проектирования разработан алгоритм оценки влияния увеличения ресурса ядерно-энергетической установки c обоснованного в 5 лет до прогнозируемого в 10 лет на экономическую эффективность многоразового межорбитального буксира на основе ядерно-энергетической ракетной двигательной установки при обеспечении большого грузопотока с Земли на орбиту Луны. Работы по увеличению ресурса ядерной энергетической установки повлекут за собой рост стоимости изготовления энергоустановки, а также увеличение затрат на разработку ядерной энергоустановки и многоразового межорбитального буксира в целом. В модели затраты на НИОКР оцениваются в 10-20-кратном размере стоимости изготовления энергоустановки и приводятся единым значением, объединяющим НИОКР как по ядерной энергоустановке, так и по многоразовому межорбитальному буксиру в целом. В модели учитывается фактор нелинейного увеличения затрат на исследования в зависимости от достигаемого ресурса ядерной энергетической установки. Затраты на изготовление ядерной энергоустановки при увеличении ресурса вырастут незначительно. Установлено, что увеличение ресурса ядерной энергоустановки, а следовательно, и многоразового межорбитального буксира, с 5 до 10 лет приводит не к ожидаемому снижению, а к некоторому увеличению удельной стоимости транспортировки полезного груза на 4-7% в зависимости от оценки затрат на НИОКР (в размере 10 или 20-кратной стоимости изготовления ядерной энергоустановки) и темпов их увеличения с увеличением ресурса (на 5-10% за каждый дополнительный год).
Бесплатно
Влияние эффектов неравно весности на характеристики теплообмена возвращаемого аппарата "Орёл"
Статья научная
На основе численного решения системы уравнений Навье-Стокса проведено моделирование обтекания и теплообмена возвращаемого аппарата (ВА) сегментально-конической формы равновесным и неравновесным воздухом. Приводится краткое описание метода расчёта течения неравновесно-диссоциирующего воздуха. Расчёты выполнены в характерных точках траектории входа ВА в атмосферу Земли со второй космической скоростью с двумя погружениями. Приводится описание характерных пространственных расчётных сеток для решения задачи определения поля газодинамических параметров. Исследовано влияние на теплообмен эффектов химической неравновесности в ударном и пограничном слоях около ВА. Представлены результаты расчётов распределения тепловых потоков на поверхности В А при обтекании его равновесным и неравновесным воздухом.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты инициативного проектного исследования возможности создания для ракеты космического назначения сверхтяжёлого класса (РКН СТК) грузоподъёмностью 140-170 т модульной ракеты-носителя сверхтяжёлого класса (РН СТК) в виде пакетной связки-триблока трёх двухступенчатых РН среднего класса (РН СК) «Союз-5» и трёх боковых параблоков на базе спарки блоков первой ступени РН «Союз-5» на основе кислородно-керосиновых маршевых двигателей разработки АО «НПО Энергомаш» РД171МВ, РД180, РД191М. Кроме того, в статье рассматривается возможность применения триблока РН СТК в качестве самостоятельной РН тяжёлого класса (РН ТК) увеличенной грузоподъёмности (50-60 т) для более частого целевого использования и поддержания за счёт этого эксплуатационной надёжности более мощной РН СТК. Показана возможность исполнения ракетных блоков первой ступени РН СТК и РН ТК второго этапа в многоразовом варианте, а также принципиальная возможность осуществления пилотируемых лунных экспедиций с использованием не двух, а одной РН СТК.
Бесплатно
Статья научная
В статье на примере проекта ExoMars показано, что проблема сопряжения математических тепловых моделей приборов при их объединении в общий приборный комплекс решается за счет использования узлового метода моделирования, основанного на методе графов. Несмотря на свою простоту, узловые математические тепловые модели имеют ряд преимуществ, делающих их незаменимыми для моделирования тепловых режимов космических устройств. Данный метод был применен для встраивания тепловой модели российского прибора ACS в модель европейского приборного комплекса ExoMars. Сравнение результатов математического моделирования и телеметрических данных температур ACS показывает, что ошибки моделирования узловым методом могут быть снижены до уровня, позволяющего использовать узловые модели в качестве основных расчетных инструментов для космических устройств.
Бесплатно
Выбор комплекса жизнеобеспечения для экипажей долговременных космических станций
Статья научная
Существующий комплекс систем жизнеобеспечения Российского сегмента Международной космической станции (РС МКС) обеспечивает только частичную регенерацию воды и кислорода из продуктов жизнедеятельности человека, поэтому для обеспечения эксплуатации МКС необходима доставка грузовыми кораблями дополнительных запасов воды, кислорода, пищи и ресурсных агрегатов систем жизнеобеспечения. Данная ситуация определяет необходимость создания замкнутого комплекса регенерационных систем. В статье обоснован метод выбора комплекса систем жизнеобеспечения с повышенной степенью регенерации воды и кислорода из продуктов жизнедеятельности космонавтов на основе переменной массы доставляемого оборудования для последующей стадии развития МКС. При этом приведены структурные схемы работающих на борту МКС регенерационных систем жизнеобеспечения. Основные результаты летной эксплуатации этих систем с конца 2000 г. до середины 2014 г. при обеспечении трех членов экипажа подтвердили правильность метода выбора комплекса систем жизнеобеспечения. Рекомендовано для окончательного состава модулей РС МКС увеличить степень регенерации воды и кислорода из продуктов выделения экипажа за счет получения кислорода из диоксида углерода с использованием процесса Сабатье и регенерации воды из урины и всех влагосодержащих элементов.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье рассматривается система управления космической системой дистанционного зондирования Земли. Рассмотрена основная задача рабочего процесса управления системой с помощью метода анализа иерархий и декомпозиции сложного процесса моделирования начальных условий съемки поверхности Земли. Этот метод позволяет минимизировать временные затраты на подготовку и планирование съемок, а также оценить реализуемость программы наблюдения и ее эффективность с точки зрения использования ресурсов космической системы дистанционного зондирования Земли.
Бесплатно
Выбор параметров накопителя энергии для нового периферийного стыковочного механизма
Статья научная
Стыковка космических аппаратов является управляемым механическим процессом их сборки на орбите с использованием активного и пассивного стыковочных агрегатов (СтА). Стыковочный механизм (СтМ) активного СтА обеспечивает условия для сцепки, поглощение энергии сближения активного космического аппарата, выравнивание и стягивание СтА для их окончательного жесткого соединения. В работе рассматривается кинематическая схема нового периферийного СтМ, в которой вместо демпфирования энергии используется ее накопление в пружинах с управляемой блокировкой их отдачи. Перед стыковкой блокировка включена и удерживает СтМ в исходном положении. Она выключается при появлении сигнала первого контакта СтА, освобождая энергию сжатых пружин для быстрого выдвижения кольца вперед и улучшения сцепки. После сцепки блокировка вновь включается, и энергия сближения накапливается в пружинах без возврата в механическую систему. Предотвращение контактов звеньев СтМ между собой и с корпусом СтА, приводящих к неконтролируемым нагрузкам, актуально для периферийных механизмов вследствие их компоновки. Описывается методика выбора параметров накопителя энергии, позволяющего поглотить ее максимально допустимую величину без контактов звеньев и превышения максимально допустимого значения осевой интерфейсной силы.
Бесплатно
Статья научная
Проведен проектно-баллистический анализ влияния параметров эллиптических орбит базирования многоразового межорбитального буксира на основе ядерной энергоустановки и электроракетной двигательной установки мегаваттного класса на безопасность и эффективность его применения в программе обеспечения больших гру зо -потоков на геостационарную и окололунную орбиты. Показано, что в сравнении с вариантом традиционно рассматриваемой круговой радиационно безопасной орбиты высотой Н = 800 км использование высокоэллиптических орбит базирования позволяет сни- зить примерно на два порядка длительность пребывания в единичном рейсе как самого буксира, так и выводимого полезного груза в зоне интенсивного загрязнения техногенным космическим «мусором». При этом может быть существенно увеличена суммарная масса грузов, доставляемых буксиром на целевую орбиту за его жизненный цикл, а также снижен в несколько раз расход ксенона на единицу массы доставляемого полезного груза.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы выбора условий нагружения ракеты космического назначения «Зенит-3SL» в составе комплекса «Морской старт» с целью минимизации доработок конструкции ракеты-носителя «Зенит» и разгонного блока типа ДМ. Показаны подход к решению проблем выбора условий нагружения и принятые при этом решения. Большое количество пусков при различных условиях окружающей среды подтвердило правильность выбора условий нагружения ракеты космического назначения «3eнum-3SL».
Бесплатно
Выбор устройств подачи термостатирующего воздуха в головные обтекатели ракет-носителей
Статья научная
Рассматривается решение с использованием компьютерного моделирования актуальной задачи выбора схемы и конфигурации устройств (диффузоров) подачи термостатирующего воздуха в головные обтекатели ракет для обеспечения теплового режима космических аппаратов в процессе их наземной подготовки к пуску.
Бесплатно
Статья научная
Разработаны составы и технология получения жаростойких покрытий на основе тугоплавких стекол и модифицирующих соединений для защиты деталей из жаропрочных никелевых сплавов и коррозионностойких сталей от высокотемпературной газовой коррозии при эксплуатации. Особенностью разработанных покрытий является возможность их формирования в окислительной атмосфере при температурах, близких к рабочим. Основой жаростойкого покрытия являются тугоплавкие фритты системы BaO-Al2O3-SiO2, при этом добавка тетраборида кремния SiB4 позволяет получать покрытия, температура формирования которых близка к их рабочей температуре. Небольшая плотность, недефицитность и невысокая стоимость сырья, относительно простая технология получения делают эти материалы конкурентоспособными. По своим эксплуатационным свойствам данный класс жаростойких покрытий превосходит отечественные и зарубежные аналоги и является перспективным материалом для применения в горячих узлах жидкостных реактивных и газотурбинных двигателей. Разработанные жаростойкие покрытия позволяют обеспечить эффективную защиту никелевых сплавов и коррозионностойких сталей от высокотемпературной газовой коррозии и возгорания при температурах вплоть до 1 250 °С.
Бесплатно
Гарантийные запасы топлива для ракет космического назначения
Статья научная
Показаны особенности методик по определению гарантийных запасов топлива для многоступенчатых ракет космического назначения, дан перечень возмущающих факторов, особенностей систем управления и ограничений, влияющих на величину гарантийных запасов топлива. Приведены гарантийные запасы топлива и их эквиваленты по характеристической скорости для ряда отечественных ракет космического назначения. Подробно рассмотрено определение гарантийных запасов топлива для разгонного блока ДМ-SL в составе ракеты космического назначения «Зенит-3SL» программы «Морской старт». Показано, что внедрение на разгонном блоке ДМ-SL выключения маршевого двигателя по окончании компонентов топлива, наряду с существующим его выключением по функционалу системы управления, позволяет увеличить массу космического аппарата, выводимого разгонным блоком ДМ-SL на целевую орбиту в составе ракеты космического назначения «Зенит-3SL».
Бесплатно
