Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 523
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 статье на основе анализа исторического материала в области целевого использования пилотируемых космических комплексов рассматривается проблема корректного выбора и применения показателей для оценки результативности научных исследований непосредственно в процессе полёта, позволяющих корректно учитывать использование основных пользовательских бортовых ресурсов пилотируемого космического комплекса, затраченных на выполнение космических экспериментов и целевых работ.
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
Электроракетная двигательная установка на основе двигателей с замкнутым дрейфом электронов на иоде
Статья научная
В предлагаемой статье проведен анализ иода как рабочего тела электроракетных двигателей с замкнутым дрейфом электронов. При этом сравниваются характеристики двигателя, работающего на иоде, с аналогичными параметрами при использовании традиционного рабочего тела - ксенона. Показаны преимущества электроракетной двигательной установки на иоде по сравнению с установкой, использующей ксенон. Приведены результаты первых испытаний стационарных плазменных двигателей на иоде. Обосновано использование иода в качестве рабочего тела для двигателей большей мощности.
Бесплатно
Электроракетные транспортные аппараты в различных схемах пилотируемых полётов к Марсу
Статья научная
В настоящей обзорной статье рассматриваются различные схемы пилотируемых полётов к Марсу с помощью электроракетных транспортных аппаратов. Обсуждается выбор двигательных установок межорбитального межпланетного полёта, показаны преимущества использования электроракетных двигательных установок (ЭРДУ). Приведён краткий обзор концептуальных проектов РКК «Энергия» однопусковой десантной схемы пилотируемой экспедиции на Марс на основе ЭРДУ с питанием от ядерной и солнечной энергоустановок. Рассмотрена возможность снижения времени полёта при использовании комбинированной двигательной установки на основе ЖРД + ЭРДУ. Рассмотрены многокорабельные схемы десантной экспедиции, в т. ч. с возможностью спасательной операции в полёте. Показана возможность создания единого электроракетного транспортного аппарата для марсианского экспедиционного комплекса и околоземного многоразового буксира. Для разделённой схемы экспедиции с целью предварительного создания инфраструктуры марсианской базы высокой эффективностью обладают одноразовые грузовые электроракетные буксиры для доставки на орбиту Марса неделимых грузов большой массы (20...200 т).
Бесплатно
Электротермическая двигательная установка наноспутника
Статья научная
В статье изложены основные результаты разработки экспериментальной импульсной электротермической двигательной установки (ЭТДУ) наноспутника с автоколебательным рабочим процессом. Рабочим телом выбрана вода с добавкой этилового спирта для незамерзаемости. Рассчитаны удельный импульс тяги ЭТДУ и запас характеристической скорости в зависимости от концентрации спирта. Разработаны и изготовлены конструкция и система управления ЭТДУ. Разработана и изготовлена система измерения основных параметров ЭТДУ: тяги, темпера турного состояния нагревателя, а также напряжения на промежуточном накопителе энергии - батарее суперконденсаторов. Разработана и реализована на управляющем компьютере автоматизированная система проведения эксперимента. Предложено применить для исследуемой ЭТДУ автоколебательный режим работы, эффективность которого подтверждена экспериментально. Эксперимент выполнялся для рабочего тела, содержащего добавку 40% по массе спирта, обеспечивающего работоспособность практически для всех околоземных орбит полёта. Получен удельный импульс тяги 1300 м/с при среднем потреблении электроэнергии не более 1 Вт и практически полной технической и экологической безопасности на всех этапах жизненного цикла. Основные конструкционные решения запатентованы в Российской Федерации. Разработанная ЭТДУ может служить прототипом создания лётного варианта двигательной установки наноспутника.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложена концепция электроэнергетической системы переменного тока, позволяющей передать полную электрическую мощность на одну полезную нагрузку, для автономной замкнутой газотурбинной энергетической установки. Применительно к специфике замкнутых газотурбинных энергоустановок космических аппаратов подобраны способы и рассмотрены процессы регулирования значений частоты и напряжения и способ параллельной работы двух электрогенераторов с возбуждением от постоянных высококоэрцитивных магнитов. Рассмотрен способ формирования минимально необходимой нагрузки для ограничения частоты вращения ротора аварийного турбокомпрессора-генератора. Проведены оценки параметров и экспериментальных характеристик электрогенератора экспериментального макета турбокомпрессора-генератора.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты решения задачи расчета энергобаланса научно-энергетического модуля (НЭМ) на наиболее трудном (с точки зрения обеспечения электроэнергией) участке его полета - до момента перевода его солнечных батарей в рабочее положение. В ходе расчета принимались во внимание прогноз светотеневой обстановки и угла между плоскостью орбиты НЭМ и направлением на Солнце; циклограмма автономного полета НЭМ, учитывающая изменение его ориентации; циклограмма интеграции НЭМ в Российский сегмент МКС, в т. ч. стыковка и перестыковка НЭМ, развертывание солнечных батарей НЭМ. Показана возможность осуществления штатной программы полета модуля, выявлена проблема реализации повторной стыковки и увода НЭМ в случае повторного промаха. Предложены мероприятия для решения указанной проблемы.
Бесплатно
Статья научная
Представлены математические модели и результаты оптимизации основных параметров многоразового межорбитального буксира (ММБ) с электроракетной двигательной установкой (ЭРДУ) на основе ядерной энергетической установки по критерию максимальной суммарной массы полезного груза, доставляемого на рейсе «Земля-Луна-Земля» (с орбиты Земли на орбиту Луны и с орбиты Луны на орбиту Земли). Исследовано влияние соотношения масс полезных грузов перелётов «Луна-Земля» и «Земля-Луна» на оптимальные параметры ММБ (электрическая мощность, удельный импульс ЭРДУ, время транспортировки, количество рейсов, затраты рабочего тела ЭРДУ), реализующие максимум доставляемого полезного груза на рейсах «Земля-Луна-Земля» за проектный ресурс ММБ. Показано, что при отсутствии ограничений на время перелётов, стартовую массу ММБ при перелёте с Луны, удельный импульс ЭРДУ, мощность энергоблока, зависимость значений максимальной суммарной массы полезного груза, доставляемого на рейсе «Земля-Луна-Земля», находится в диапазоне, нижняя граница которого соответствует случаю транспортировки груза только на Луну, а верхняя граница диапазона - только с Луны.
Бесплатно
