Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 488
Статья научная
Для линеаризованной системы шестого порядка модели бокового движения космического аппарата самолётного типа, представляющей собой систему с многими входами и выходами (MIMO-система), решена задача аналитического синтеза законов стабилизации бокового движения в зоне глиссадного маяка. Получение аналитических выражений для матрицы коэффициентов обратной связи основано на декомпозиционном методе модального синтеза. С использованием полученного аналитического закона управления приведены результаты математического моделирования управления боковым движением летательного аппарата в зоне глиссадного маяка.
Бесплатно
Антипробкотронная магнитная ловушка для заряженных пылевых частиц в космических экспериментах
Статья научная
В работе обсуждается возможность применения статических магнитных ловушек для формирования и удержания структур заряженных пылевых частиц для исследования сильно взаимодействующих кулоновских систем как альтернативы электростатическим ловушкам для пылевых структур в газоразрядной плазме. Показаны определенные преимущества удержания структур в магнитных ловушках перед электростатическими. Проведен обзор работ, выполненных в этом направлении вначале в лабораторных условиях, а затем и в условиях микрогравитации с обоснованием проведения экспериментов на борту Международной космической станции. Рассказано о подготовке нового космического эксперимента «Кулон-магнит», об отличии новой аппаратуры от ранее использовавшейся. Сформулированы основные задачи нового эксперимента, заключающиеся в исследовании динамики и структуры активных монодисперсных и полидисперсных макрочастиц в неоднородном магнитном поле в условиях микрогравитации, в т. ч. фазовых переходов и эволюции таких систем при кинетическом разогреве пылевых макрочастиц лазерным излучением.
Бесплатно
Архитектурный проект и методы строительства российской лунной обитаемой базы
Статья научная
Будущее человеческой цивилизации так или иначе будет связано с космической экспансией, которая начнётся с освоения окололунных орбит и поверхности Луны. Несмотря на полувековое затишье в освоении Луны, лунные базы могут возникнуть уже в ближайшие два-три десятилетия. Предполагается, что первоначально это будут небольшие компактные обитаемые станции, на которых преимущественно будут осуществляться исследования воздействия гипогравитации на организм человека. Строительство таких станций должно основываться на применении роботизированной строительной техники и имеющегося на Луне строительного материала с учётом требований защиты от воздействий внешней среды, прежде всего космического излучения и метеоритов. Последующее строительство должно интегрировать в себя всё ранее построенное, т. е. вестись в соответствии с долгосрочным генеральным планом, который будет предусматривать снабжение лунного поселения необходимыми ресурсами. Лунные поселения - это новое направление в области проектирования жилых и общественных пространств, кардинально отличающееся от привычных земных принципов архитектурного проектирования, сложившихся на Земле на протяжении столетий. Однако применение новых технологий в строительстве, инженерии и IT-индустрии позволит решить многие технические и технологические вопросы, обусловленные особенностями Луны. Это открывает большие перспективы для лунного строительства, архитектурного проектирования и моделирования внутреннего пространства. В статье рассматриваются основные принципы создания лунной базы под названием Permanent LUnar Station (PLUS), описываются некоторые технологии строительства обитаемых станций, разрабатываемых в России, и критически оцениваются уже существующие проекты.
Бесплатно
Аэрогазодинамика ракетно-космического комплекса «Морской старт»
Статья научная
Одним из ключевых моментов при создании комплекса «Морской старт» было решение вопросов аэродинамики ракеты космического назначения «Зенит-3SL», стартующей со стартовой платформы в условиях качки и ветрового воздействия, и определение силовых, тепловых и акустических воздействий на стартовую платформу от струй маршевого двигателя ракеты-носителя.
Бесплатно
Баллистика программы «Морской старт»
Статья научная
Приведены сравнительные оценки безопасности трасс пусков, описания схем полета ракеты космического назначения «Зенит-3SL» с разгонным блоком ДМ-SL, данные о пусках и фактических точностях выведения космических аппаратов на переходную к геостационарной орбиту. Большое количество успешных пусков подтвердило обоснованность проектно-баллистических решений программы «Морской старт».
Бесплатно
Баллистико-навигационное обеспечение полёта космических аппаратов «Ямал-200»
Статья научная
В статье изложен опыт РКК «Энергия» по практическому созданию системы баллистико-навигационного обеспечения (БНО) полёта геостационарных спутников связи серии «Ямал-200». Кратко представлены основные задачи БНО, особенности космических аппаратов «Ямал-200», архитектура разработанного прикладного программного обеспечения. Описываются этапы отработки БНО, способы его взаимодействия с другими сегментами центра управления полётом, приводятся результаты оперативного БНО при подготовке к запуску космических аппаратов, выведении, их установке в рабочую точку и при полёте в ней.
Бесплатно
Баллистические аспекты выбора орбиты российской орбитальной станции
Статья научная
В статье поднимается проблема эффективности использования пилотируемых орбитальных комплексов в национальных интересах России. Приводится историческая ретроспектива использования отечественных орбитальных комплексов и описываются недостатки их рабочих орбит. Рассмотрены баллистические аспекты выбора рабочей орбиты для Российской орбитальной станции, которые позволят удовлетворить потребности по наблюдению территории России, проведению широкого спектра научных исследований, а также по подготовке космонавтов к будущим полётам за пределы низкой околоземной орбиты.
Бесплатно
Баллистические варианты пилотируемой экспедиции на Марс с ЯЭРДУ
Статья научная
Проведен анализ влияния баллистических схем для марсианской пилотируемой экспедиции на показатели энергобаллистической эффективности - начальную массу марсианского экспедиционного комплекса и продолжительность экспедиции. Рассмотренные схемы однокорабельной пилотируемой экспедиции на Марс с ядерной электроракетной двигательной установкой характеризуются неединственностью решений в задаче оптимизации траектории перелета Земля-Марс-Земля при ограниченной продолжительности пребывания экспедиционного комплекса у Марса. Дополнительно рассмотрена схема без ограничения длительности пребывания у Марса. Для схемы с ограниченным пребыванием у Марса продемонстрированы следующие свойства: возможность обеспечения двух дат старта в течение одного синодического периода; в случае использования прямого входа в атмосферу корабля возвращения при умеренных стартовых массах возможность сокращения продолжительности перелета вплоть до близкой к продолжительности экспедиции с большой тягой (с двигательными установками на базе жидкостных ракетных двигателей или ядерных ракетных двигателей) аналогичной схемы.
Бесплатно
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
