Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 446
Статья научная
24 ноября 2003 г. были выведены на орбиту геостационарные спутники связи «Ямал-201» и «Ямал-202». Эксплуатация одного из них, спутника «Ямал-202», продолжается уже 20 лет. Успешному использованию спутников этой серии способствовали результаты некоторых технических экспериментов, проведённых на Российском сегменте (РС) Международной космической станции (МКС), 25-летний юбилей запуска которой отмечается в 2023 г. В статье изложены результаты исследований, выполненных на РС МКС в рамках экспериментов «Тензор», «Среда-МКС», которые были использованы при управлении полётом спутников серии «Ямал» и способствовали их длительной работе на орбите.
Бесплатно
Статья научная
В работе определены характеристики бортовых лазерных локационных систем (ЛЛС) и уголковых отражателей, обеспечивающие дальность измерений от 1 000 до 2 000 км при сближении космических аппаратов вне околоземной орбиты. Выполнено сравнение характеристик бортовых ЛЛС, радиотехнических систем для сближения и стыковки, а также терминалов лазерной связи космических аппаратов. Исследовано влияние дифракционных характеристик уголковых отражателей и аберрации скорости на измерения ЛЛС. Представлены математические выражения, основанные на приближениях геометрической оптики, использованные для выполненных в работе расчетов. Обоснован выбор параметров ЛЛС, необходимых для измерений рассматриваемых дальностей. Выполнено математическое моделирование дальностей измерений ЛЛС с использованием различных видов уголковых отражателей. Определена угловая расходимость зондирующих пучков ЛЛС, обеспечивающая требуемые дальности измерений. Проведено математическое моделирование работы ЛЛС с использованием программы «МИТРА». Рассмотрена проблема энергопотребления лазерных источников для бортовых ЛЛС.
Бесплатно
Хроника необыкновенного космического путешествия (баллистический анализ полёта ТПК "Союз Т-15")
Статья научная
35 лет назад в марте 1986 г. был выполнен уникальный полёт транспортного пилотируемого корабля «Союз Т-15», включивший в свою программу перелёт экипажа с одной орбитальной станции на другую (от станции «Мир» на «Салют-7») и обратно. В 60-летней истории пилотируемой космонавтики такой двойной перелёт продолжает оставаться единственным в своём роде. В статье рассмотрены обстоятельства, сложившиеся на момент запуска на орбиту станции «Мир» - первой станции третьего поколения. Подробно описываются подходы, принятые при разработке баллистической схемы, и оперативные изменения, потребовавшиеся в ходе её реализации. В заключение представлены фактические расходы топлива всех космических аппаратов, задействованных в этой схеме. Предполагается, что опыт, полученный при реализации перелётов, может быть востребован при проведении планируемых перспективных пилотируемых миссий как на околоземной орбите, так и при реализации будущей Лунной программы.
Бесплатно
Целевое использование Российского сегмента МКС: значимые научные результаты и перспективы
Статья научная
Международная космическая станция (МКС) - единственная имеющаяся в настоящее время в распоряжении человечества постоянно действующая обитаемая космическая платформа на околоземной орбите. Одним из наиболее важных результатов Программы МКС является создание надежной международной кооперации, осуществляющей целевое использование комплекса. Российский сегмент МКС - развивающаяся техническая система, позволяющая обеспечить последовательное совершенствование условий проведения исследований на борту. В статье приводятся некоторые значимые научные результаты, полученные на модулях Российского сегмента МКС различных поколений, и освещаются планы целевого использования сегмента в следующем десятилетии.
Бесплатно
Статья научная
При создании пилотируемых транспортных кораблей важнейшей задачей является обеспечение безопасности экипажа в случае аварии ракеты-носителя на участке выведения. С целью спасения экипажа в нештатных ситуациях создаются системы аварийного спасения, которые предназначены для отделения и увода корабля от аварийного носителя на безопасное расстояние в любой момент времени, начиная от старта и до окончания выведения. Для решения этой задачи в составе ракеты-носителя формируется отделяемый головной блок, включающий ракетный блок аварийного спасения с набором двигательных установок, пилотируемый транспортный корабль и переходной отсек между ракетным блоком аварийного спасения и пилотируемым транспортным кораблем. По такой схеме выполнены отделяемый головной блок системы аварийного спасения кораблей «Союз», «Аполлон», «Орион» и др. Основной отличительной особенностью нового ракетного блока аварийного спасения пилотируемого транспортного корабля по сравнению с существующими является его двухступенчатая конструкция, которая позволяет обеспечить спасение экипажа практически на любом участке траектории выведения. Важным этапом при разработке отделяемого головного блока системы аварийного спасения и выборе его параметров являются исследования аэродинамических характеристик с работающими и неработающими двигателями управления в автономном полете после отделения от аварийной ракеты-носителя. В последние годы для исследования аэрогазодинамики проектируемых изделий все шире применяется компьютерное моделирование, обладающее целым рядом преимуществ по сравнению с физическим моделированием, особенно на ранних стадиях проектирования. Промышленное использование компьютерного моделирования для исследований аэрогазодинамики предполагает определенную технологию, включающую этап предварительного тестирования программного обеспечения, планируемого к применению, с использованием экспериментальных данных по аналогичным изделиям. В данной публикации рассматривается один из примеров реализации такого подхода к исследованию аэродинамики отделяемого головного блока системы аварийного спасения пилотируемого транспортного корабля нового поколения, разрабатываемого РКК «Энергия». Представлены результаты расчетных исследований характеристик с использованием двух различных программных комплексов, выполненных РКК «Энергия» и ЦНИИмаш, и их сравнение с результатами испытаний модели в аэродинамических трубах ЦНИИмаш.
Бесплатно
Численное моделирование высокоскоростного ударного воздействия на конструкцию космических аппаратов
Статья научная
Техногенное засорение околоземного космического пространства представляет собой реальную угрозу функционированию космических аппаратов (КА), в т. ч. и реальную угрозу повреждения и разрушения советских космических аппаратов с бортовыми ядерными энергетическими установками (ЯЭУ), прекратившими активное существование три десятилетия назад. Столкновение космического мусора с элементами конструкции КА может как иметь катастрофические последствия, так и вызывать локальные повреждения (например, пробой элементов обеспечения теплового режима), которые влекут за собой потерю работоспособности аппарата или утрату некоторых функций. В случае КА с ЯЭУ ударное воздействие на конструкцию может приводить к образованию осколков с остаточной радиоактивностью, что требует постоянного внимания к состоянию аппаратов этого типа на орбитах «захоронения». Чтобы прогнозировать возникновение фрагментов космического мусора в околоземном космическом пространстве, оценивать живучесть КА, а также разрабатывать технические средства защиты, создан программный комплекс REACTOR, позволяющий решать с помощью настольного компьютера задачи расчёта последствий ударного воздействия на сложные технические объекты с функцией подсчёта количества образовавшихся фрагментов (осколков) и спектров их скоростей. В качестве объекта исследования построена схематичная модель КА и модель реактора космической ЯЭУ, выполнены расчёты. В результа те расчётов получены качественные и количественные характеристики образовавшихся фрагментов.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются результаты численного моделирования течения струй посадочной много- сопловой двигательной установки возвращаемого аппарата сегментально-конического типа при взаимодействии с посадочной поверхностью. Рассчитываются как течение растекающихся по поверхности струй, так и индуцированное ими течение вблизи аппарата. Исследования проведены для нескольких расстояний между посадочной поверхностью и возвращаемым аппаратом. Для каждого случая рассчитывалось установившееся решение. Определены время установления течения и величины возмущающих аэродинамических сил, вызванных потоком окружающего воздуха, индуцированным струйным течением. Получена монотонная зависимость этих величин от расстояния до посадочной поверхности. В рассмотренной конфигурации расположения сопел двигательной установки на всех поверхностях возвращаемого аппарата имеется разрежение, и создается сила, уменьшающая тягу двигательной установки в вертикальном направлении. При этом формируется поток газа от струй, направленный в сторону лобовой части аппарата. Проведен расчет при отклонении продольной оси аппарата от вертикали. Получена структура течения, и оценено влияние на аэродинамические характеристики. Проведено исследование влияния уменьшения тяги двигателей на исследуемые параметры как за счет уменьшения давления в потоке струй, так и за счет уменьшения их поперечного сечения. Проводится визуализация пространственно-нестационарной структуры потока. Численное моделирование основано на консервативном конечно-разностном методе потоков. Расчеты осуществляются с использованием параллельных алгоритмов, реализованных на суперкомпьютере кластерной архитектуры.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты численного моделирования ударно-волновых процессов, сопровождающих запуск твердотопливных двигателей системы аварийного спасения нового пилотируемого транспортного корабля (ПТК) при аварии ракеты-носителя на участке выведения корабля. Приведены данные по адаптации программного комплекса FlowVision для решения этого класса задач и верификации программного комплекса по результатам численного моделирования испытаний газодинамической модели масштаба М1:10 отделяемого головного блока системы аварийного спасения ПТК. В процессе исследования получены оценки амплитуд ударно-волновых воздействий на возвращаемый аппарат ПТК при различных режимах срабатывания двигателей ракетного блока аварийного спасения на различных участках полета ракеты космического назначения с ПТК. Анализ результатов расчетов показал, что максимальные значения ударно-волнового давления на возвращаемый аппарат реализуются при срабатывании системы аварийного спасения ПТК на начальном участке полета ракеты-носителя.
Бесплатно
Статья научная
В ноябре 2023 г. исполнилось 25 лет с запуска на орбиту первого элемента Международной космической станции (МКС). За это время девятая по счёту орбитальная станция в мировой пилотируемой космонавтике превратилась в самый крупный космический объект, созданный за весь период космической эры. Важным аспектом поддержания функциональности является маневрирование, и МКС, несомненно, является рекордсменом по количеству выполненных манёвров, различающихся по назначению, величине, типу использованной двигательной установки и др. В статье систематизированы все манёвры с представлением статистических данных по различным параметрам. Рассмотрена эволюция стратегии маневрирования на всех этапах полёта МКС, начиная от запуска первого модуля и вплоть до конца ноября 2023 г. Представлены подходы, используемые для обеспечения баллистических условий при посадке на Землю и стыковке по быстрым схемам сближения с учётом проведения внеплановых манёвров уклонения от космического мусора. Приводится количественное и качественное сравнение особенностей маневрирования МКС и предыдущих орбитальных станций, делается прогноз параметров маневрирования будущей Российской орбитальной стации.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрены результаты автономных огневых испытаний опытных камер сгорания создаваемого РКК «Энергия» многофункционального жидкостного ракетного кислородноуглеводородного двигателя 11Д58МФ с охлаждением камеры жидким кислородом без колец завесы внутреннего охлаждения горючим, выполненных в 2009-2014 гг. Конструкция тракта охлаждения камеры разработана с учетом особенностей течения криогенного кислорода, находящегося в сверхкритическом состоянии. На семи экземплярах камер, отличающихся конструкцией, успешно выполнено 27 огневых испытаний. Испытания проводились при различных давлениях в камере сгорания, соотношениях расходов окислителя и горючего, соотношении расходов кислорода на охлаждение и в камеру сгорания. Подтверждены основные проектные параметры камер: величина прироста удельного импульса тяги из-за ликвидации колец завесы охлаждения камеры горючим, подогрев кислорода в тракте охлаждения, а также определен перепад давления в нем. Результаты испытаний камер подтвердили эффективность охлаждения кислородно-углеводородного жидкостного ракетного двигателя криогенным кислородом.
Бесплатно
Статья научная
Повышение безопасности эксплуатации космической станции в условиях возрастающего засорения околоземного космоса является одной из главных задач при проектировании станции. Наряду с мерами по снижению риска пробоя гермооболочки станции в результате столкновения с метеороидом или осколком космического мусора путём защиты гермооболочки модулей с помощью экранов необходима разработка мероприятий и средств по снижению катастрофических последствий пробоя. Одним из главных факторов, обеспечивающих успешное парирование аварийной ситуации, вызванной разгерметизацией станции при пробое, является время, необходимое для нахождения места пробоя, определяющее возможные сценарии действий экипажа при проведении спасательных операций и их результат. Рассматриваемая в статье система оперативного определения координат пробоя (СООКП) обеспечивает надежную, практически мгновенную, регистрацию момента и места пробоя. Предлагаемая концепция построения СООКП основана на использовании пьезоэлектрических датчиков акустической эмиссии, распределенных по внутренней поверхности гермооболочки модуля и соединённых с электронным блоком обработки сигналов от датчиков. В статье представлены результаты работ по научно-техническому обоснованию принципов работы СООКП, проведенных РКК «Энергия» и ЦНИИмаш, а также результаты экспериментальной отработки прототипа такой системы на служебном модуле Международной космической станции (МКС) в космическом эксперименте «Отклик» в рамках Программы научно-прикладных исследований Российского сегмента МКС.
Бесплатно
Статья научная
Расширение масштабов космической деятельности в околоземном пространстве и дальнем космосе требует повышения энергодвигательного обеспечения космических аппаратов до уровня сотен киловатт и более. Необходимым условием успешной реализации работ по созданию энергодвигательных установок такой мощности, в т. ч. с ядерными источниками энергии, является наличие полнофункциональной экспериментальной стендовой базы. В АО ГНЦ «Центр Келдыша» создана и успешно функционирует уникальная стендовая экспериментальная база, которая позволяет выполнять как исследовательские испытания, так и экспериментальную отработку ключевых составных частей мощных энергодвигательных установок в условиях, приближённых к штатным условиям эксплуатации. В статье приведено описание основных компонентов стендовой базы АО ГНЦ «Центр Келдыша», приведены некоторые результаты выполненных на ней работ, изложены перспективы её дальнейшего развития и использования при создании мощных энергодвигательных установок космического назначения.
Бесплатно
Статья научная
Приведено исследование влияния температуры на мощность солнечных батарей, выполненное путем анализа вольтамперных характеристик фотоэлектрических преобразователей и подтвержденное экспериментально телеметрическими измерениями грузового космического корабля «Прогресс МС». На основе зависимостей электрических параметров преобразователей от температуры построены вольт-амперные характеристики при различной температуре, с помощью которых выяснено, как нагрев влияет на ток, напряжение и мощность солнечных батарей. Определено, что это влияние зависит от способа согласования солнечных батарей с потребителями тока. В космических аппаратах согласование обычно обеспечивается стабилизацией напряжения на солнечных батареях или экстремальным регулированием. Результаты анализа для случая стабилизированного напряжения нашли экспериментальное подтверждение при телеметрических измерениях тока и температуры солнечных батарей космического корабля «Прогресс МС-07», выполнявшего автономный полет с ориентированными на Солнце солнечными батареями. Результаты исследования представляют интерес для разработчиков солнечных батарей и систем электроснабжения космических аппаратов.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты экспериментального исследования тягово-энергетических характеристик стендового образца многодвигательной системы на базе трех электроракетных двигателей с анодным слоем и характеристик плазменной струи, формируемой при их одновременном функционировании. Исследуются различные схемы системы электропитания для нескольких одновременно работающих электроракетных двигателей и их влияние на распространение электромагнитных колебаний по цепям многодвигательной системы. Рассмотрена возможность работы стендового образца с катодом-нейтрализатором, вынесенным за его габариты. Исследована устойчивость работы стендового образца при отклонении параметров одного из двигателей, входящих в его состав. Описываются методики измерений локальных и интегральных параметров струй двигателей с азимутальным дрейфом электронов. Приведены результаты сравнения характеристик плазменных струй многодвигательной системы и единичного двигателя, входящего в ее состав. Рассмотрено влияние условий проведения наземных испытаний электроракетных двигателей данного типа на измеряемые параметры плазменных струй.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты модельных экспериментальных исследований акустического воздействия струй сопел вертикального и горизонтального торможения посадочной твердотопливной двигательной установки возвращаемого аппарата перспективной пилотируемой транспортной системы на поверхность возвращаемого аппарата. Экспериментальные исследования выполнены в акустически заглушенном боксе соплового дифференциального стенда ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша» при полном давлении рабочего тела перед соплами 60...120 кгс/см2 на высокотемпературных продуктах сгорания воздушно-этанолового топлива и на холодном воздухе. Исследования проводились с имитатором посадочной поверхности на модели масштаба 1:7 возвращаемого аппарата со всеми соплами посадочной двигательной установки, а также на модели масштаба 1:1,5 одиночного сопла вертикального торможения с регулируемым критическим сечением и макетом фрагмента кормовой части возвращаемого аппарата. Выполнен пересчет на натурные условия полученных экспериментальных данных, что необходимо для определения параметров акустической среды в обитаемом отсеке возвращаемого аппарата, и порождаемых внешним акустическим полем вибраций, действующих на оборудование и элементы электронной аппаратуры возвращаемого аппарата.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты экспериментальных исследований модулятора тока, созданного на основе термоэмиссионного диода и предназначенного для космических систем преобразования тока. Модуляция тока в этом устройстве осуществляется за счет развития плазменных структур в межэлектродном промежутке и не требует использования каких-либо внешних воздействий. Причиной формирования таких структур является развитие электронной неустойчивости в плазме. Эксперименты, проведенные в кнудсеновском диоде с цезий-бариевым наполнением, продемонстрировали возможность полной модуляции тока при напряжении горения 5...6 В и плотности тока в разряде ~10 А/см2. При величине межэлектродного зазора 0,2...2,0 мм устойчивая модуляция тока и напряжения с частотой 5.20 кГц и полным прерыванием тока существовала в диапазоне давлений цезия 1,5-10-3...3,5-10-3 мм рт. ст. Обнаружена возможность управления процессом модуляции с помощью дополнительных внешних воздействий (вспомогательный разряд, электрические и магнитные поля), что представляется перспективным для расширения диапазона параметров и функциональных возможностей диода-модулятора.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты отработки струйного насоса-конденсатора в составе бустерного турбонасосного агрегата подачи жидкого кислорода, разрабатываемого для жидкостного ракетного двигателя. Струйный насос-конденсатор предназначен для смешения газа, отработавшего на турбине бустерного турбонасосного агрегата, с основным потоком жидкого кислорода, что позволяет снизить потери рабочего тела при работе двигателя. Приведены результаты экспериментальных исследований различных вариантов конструкции струйного насоса-конденсатора при его работе на штатном компоненте (кислороде), во время которых проводились измерения давления, а также частоты и амплитуды пульсаций давления в магистрали до и после насоса-конденсатора. По результатам исследований выбрана оптимальная конструкция струйного насоса-конденсатора.
Бесплатно
Экспериментальные исследования стационарного плазменного двигателя на иоде
Статья научная
В предлагаемой статье показана возможность использования иода в качестве рабочего тела для двигателей с замкнутым дрейфом электронов и экономическая целесообразность его применения. Описан экспериментальный стенд для проведения испытаний. Приведены результаты экспериментальных исследований стационарного плазменного двигателя на рабочем теле «иод» с полым газопроточным катодом на ксеноне, а также в режиме работы двигателя на смеси ксенона и иода. Проведен анализ газодинамических и электрических характеристик двигателя при испытаниях. Исследован температурный режим системы хранения и подачи иода. Были сделаны выводы по улучшению и модернизации объекта испытания. Описана возможность использования термоэмиссионного безрасходного катода в качестве катода-компенсатора для работы двигателя на иоде. Приведены результаты экспериментального исследования прототипа безрасходного катода-компенсатора в диодном режиме. На основе результатов исследований была создана экспериментальная установка для испытания двигателя с безрасходным катодом-компенсатором.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты модельных экспериментальных исследований коэффициентов расхода и удельного импульса тяги сопла вертикального торможения посадочной твердотопливной двигательной установки возвращаемого аппарата перспективного пилотируемого транспортного корабля, картины течения в этом сопле и распределения давления по посадочной поверхности в зоне взаимодействия струи с поверхностью. Экспериментальные исследования выполнены на модели масштаба 1:1,5 сопла вертикального торможения с регулируемым критическим сечением прямоугольной формы с макетом фрагмента кормовой части возвращаемого аппарата и имитатором посадочной поверхности на сопловом дифференциальном стенде ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша». Полное давление рабочего тела перед соплами изменялось в диапазоне 60...120 кгс/см2. Испытания проведены на высокотемпературных продуктах сгорания воздушно-этанолового топлива и на холодном воздухе. Выполнен пересчет полученных экспериментальных данных на натурные условия.
Бесплатно
Статья научная
Одна из основных задач при разработке изделий ракетно-космической отрасли с применением современных систем автоматизированного проектирования - обеспечение качества разрабатываемой конструкторской документации. Разработанная в РКК «Энергия» методика электронного макетирования направлена на решение именно этой задачи. Электронное макетирование рассматривается как вид работ на всех стадиях разработки конструкторской документации изделий. Рассмотрен процесс разработки документации на изделия на этапах эскизного проектирования и выпуска рабочей конструкторской документации. Приведены основные подходы к организации процесса. Представлены результаты электронного макетирования узлового модуля Российского сегмента Международной космической станции и проведен их анализ, сделаны выводы о возможности применения предложенной методики.
Бесплатно
