Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 478
Статья научная
Представлены цели и задачи космического эксперимента «Контроль» по исследованию параметров собственной внешней атмосферы Российского сегмента Международной космической станции. Описана методика обработки и анализа телеметрических данных, получаемых с помощью научной аппаратуры «Индикатор - МКС». Выполнены численные расчёты методом прямого статистического моделирования обтекания датчика давления набегающим потоком внешней атмосферы Земли в фоновых условиях измерений, а также в возмущённых условиях при работе двух корректирующих двигателей модуля «Звезда». Получена корректирующая функция датчика давления в зависимости от ориентации, температурного фактора и выбранной модели взаимодействия молекул набегающего потока с внутренними и внешними поверхностями прибора. Проведено сравнение результатов численного моделирования истечения струй корректирующего двигателя модуля «Звезда» с данными натурных измерений давления в эксперименте «Контроль».
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты анализа электрофизических измерений, выполненных в космическом эксперименте «Импульс (1 этап)» на служебном модуле РС МКС. В эксперименте исследовались эффекты взаимодействия заряженной компоненты ионосферы с поверхностью крупногабаритного космического аппарата (МКС). Анализируются данные измерений квазипостоянного электрического поля и токов натекания, зарегистрированные датчиками вибрационного типа и плоскими зондами приборов комплекса контроля электрофизических параметров, разработанного НПО ИТ. На служебном модуле было установлено два комплекта датчиков с направлением углов «зрения» в надир (к Земле) и в «спутный след» (против вектора скорости МКС). Анализировались общие закономерности измерений в зависимости от солнечно -теневой обстановки на орбите МКС и текущей геофизической динамики ионосферы. Данные измерений токов натекания и квазипостоянных электрических полей были получены в более чем 170 телеметрических сеансах общей продолжительностью более 11000 ч с дискретностью 1 с и привязкой времени UT к каждой точке опроса. Данные измерений, а также геофизические и орбитальные данные, были собраны в электронный альбом. Показано, что представленные измерения коррелируют с временем пересечения МКС границ известных геофизических структур: полуденного и полуночного меридианов, Главного ионосферного провала, Границ диффузных вторжений, Экваториальной геомагнитной аномалии. Авторы приходят к выводу, что, несмотря на специфику МКС (сверхбольшие размеры станции, сложнейшая пространственная конфигурация, непрерывное функционирование бортового комплекса систем обеспечения и комплекса научных приборов), подобные измерения вполне пригодны для мониторинговых исследований некоторых особенностей ионосферы на уровне слоя F2 с временным масштабом от 1 с до нескольких часов и могут быть использованы для более детального изучения геофизических структур и связанных с ними эффектов в ионосфере. Также полученные результаты могут быть использованы для анализа возмущений электромагнитной обстановки вблизи поверхности РС МКС при контроле потенциалов и токов натекания на поверхность МКС.
Бесплатно
Статья научная
В связи с растущим количеством научных экспериментов, выполняемых на Российском сегменте Международной космической станции, всё больший интерес вызывает состояние среды, в которой они проводятся, особенно - загрязняющие воздействия собственной внешней атмосферы. Источниками загрязняющего воздействия собственной внешней атмосферы являются газовыделение неметаллических материалов внешних покрытий, работа двигателей системы управления и выбросы различных дренажных систем, а также пылевые частицы, сохранившиеся на внешних поверхностях после выведения с Земли, атмосферные аэрозоли и космическая пыль. В публикации представляются результаты измерений молекулярного осаждения на датчики кварцевых микровесов, использовавшихся для оценки загрязнений в собственной внешней атмосфере первых советских орбитальных станций «Салют-7» и «Мир», а также модулей «Пирс» и «Поиск» Российского сегмента Международной космической станции. Данные экспериментов показывают существенное влияние условий освещённости и температурного режима источника загрязнений, а также чувствительного элемента кварцевых микровесов на результаты измерений.
Бесплатно
Статья научная
ФТИ им. А.Ф. Иоффе разработал вакуумный высоковольтный измерительный стенд, на котором проводятся фундаментальные исследования источников электронов из наноструктурированных материалов. Создана методика определения основных эмиссионных параметров полевых и термополевых эмиттеров в режиме реального времени, одновременно с обработкой масс-спектрометрических данных и эмиссионных картин свечения. Разработан и внедрён алгоритм исследования вакуумных источников электронов. Результатом ресурсных испытаний эмиттеров и катодов на их основе является Паспорт эмиссионных образцов. Предполагается, что широкие возможности созданного программно-управляемого измерительного комплекса, междисциплинарный характер проводимых исследований, а также разработанные и внедрённые передовые методики исследования вакуумных источников электронов позволят внести весомый вклад в развитие космической техники и технологий, которое невозможно без изучения эмиссионных и термоэмиссионных свойств новых материалов, а также технологической оптимизации конструкций на их основе.
Бесплатно
Износостойкость деталей пар трения в авиационной и космической технике
Статья научная
В настоящей статье рассмотрен метод микродугового оксидирования алюминиевого сплава АМг6. Покрытия, получаемые этим методом, по износостойкости и ресурсу намного превышают покрытия, получаемые анодированием. Для проведения экспериментов по получению и анализу формируемых покрытий использовались установка микродугового оксидирования, обеспечивающая получение покрытий за счёт подачи высокого (до 1000 В) асимметричного переменного напряжения между деталью и ванной, заполненной электролитом; оптический конфокальный микроскоп Olympus LEXT OLS 5000 для определения объёмного износа и визуальной оценки зоны износа и специально разработанная машина трения, позволяющая моделировать условия всех видов скольжения от частичного до возвратно-поступательного. В предварительных экспериментах было определено влияние состояния поверхности покрытия на коэффициент трения, а затем путём построения и анализа зависимостей сил трения от амплитуды смещения при различных приложенных нормальных нагрузках были получены карты фреттинга, позволившие разработать рекомендации по оценке износа в различных условиях скольжения.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена рассмотрению вопросов использования имитационного моделирования для анализа технических требований к регенерационным системам жизнеобеспечения пилотируемого космического аппарата на этапе проектирования. Определен типовой набор показателей назначения (технических требований) регенерационных систем жизнеобеспечения. Рассмотрены структура и назначение имитационной модели функционирования интегрированной регенерационной системы обеспечения газового состава пилотируемого космического аппарата. Предложены формализованные описания процессов, происходящих в реакторе гидрирования диоксида углерода, проведены вычислительные эксперименты с использованием имитационной модели. Представлен сравнительный анализ экспериментально полученных данных и результатов вычислительных экспериментов, а также определены оптимальные значения входных параметров функционирования реактора гидрирования.
Бесплатно
Инженерная методика оценки несущей способности и ресурса конструкции с дефектом
Статья научная
Изделие ракетно-космической техники состоит из десятков тысяч деталей. Практически каждый экземпляр имеет несоответствия изготовленной материальной части по отношению к конструкторской документации. Производственные дефекты часто возникают или выявляются на заключительных стадиях сборки изделия или подготовки его к пуску. В этих случаях устранение несоответствия невозможно или связано со значительными сложностями и затратами. Описанная в статье методика позволяет дать оценку степени влияния характерного дефекта на несущую способность, прочность, герметичность, ресурс конструкции в условиях ее эксплуатации. Разделы методики включают в себя описание операций, связанных с неразрушающими методами контроля, определением нагрузок на изделие и других условий эксплуатации, расчетом напряженно-деформированного состояния, экспериментальным определением характеристик материала, прогнозом кинетики трещины с позиций механики разрушения. Методика дает инженеру-расчетчику алгоритм решения комплексной задачи оценки ресурса, состоящий из последовательности частных задач: разработки конечноэлементной модели, классификации дефекта, построения блока нагружения, расчета напряженно-деформированного состояния, прогноза поведения начального дефекта. Внедрение методики в инженерную практику позволит повысить достоверность оценки несущей способности и ресурса, а следовательно, надежность и безопасность эксплуатации изделия.
Бесплатно
Интегральный метод расчёта коэффициентов модели рациональных функций
Статья научная
В статье рассмотрена задача расчёта параметров обобщённой модели географической привязки на основе рациональных функций. Выделены основные требования к алгоритму расчёта. Поставлена задача аппроксимации заданной функции рациональной функцией. Для этой задачи предложен интегральный метод решения, для которого приводится итерационный численный алгоритм. Рассмотрены особенности применения предложенного метода к задаче геопривязки. Предлагаемый метод был успешно применён для обработки данных космического аппарата дистанционного зондирования Земли EgyptSat-A. Приводится анализ полученных результатов. Выполнено сравнение предлагаемого алгоритма с эталонным, основанным на решении задачи аппроксимации через сведение к линейной системе, по точности привязки относительно строгой модели и времени расчёта. Сделан вывод о применимости и преимуществах предлагаемого метода.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается процесс интеграции научной аппаратуры на борт Российского сегмента Международной космической станции (РС МКС) для проведения космических экспериментов с использованием информационно-управляющей системы РС МКС. В статье рассматриваются наиболее важные этапы наземной подготовки научной аппаратуры для ее успешного функционирования после доставки на РС МКС: испытания аппаратной части научной аппаратуры (вибро-, гидроиспытания, испытания на электромагнитную совместимость, входной контроль), отработка математического обеспечения научной аппаратуры на наземном комплексе отработки и проведение комплексных проверок на контрольно-испытательной станции. Указывается на необходимость модернизации существующих этапов наземной подготовки экспериментов в части сокращения времени наземной подготовки аппаратуры. На примере космического эксперимента «Терминатор» и экспериментов, проводимых с помощью транспортного грузового корабля «Прогресс», приводятся результаты, полученные при использовании описываемого подхода.
Бесплатно
Статья научная
Приведены причины необходимости создания бортовой информационно-измерительной системы для контроля и диагностики микроускорений на пилотируемых космических комплексах, и описан путь ее создания, начиная от орбитальных комплексов «Салют-6», «Салют-7» и включая этап эксплуатации Российского сегмента Международной космической станции (РС МКС). Даны примеры проблем, возникших при регистрации уровней микроускорений на пилотируемых комплексах измерителями ускорений первого поколения: акселерометрами линейными оптическими и измерителями микроускорений ИМУ-128. Приведена конструкция и дано описание первого элемента информационно-измерительной системы на РС МКС: цифрового измерителя микроускорений ИМУ-Ц, обеспечивающего с 2011 г. по настоящее время мониторинг микроускорений на борту РС МКС. Дан ряд полученных с помощью ИМУ-Ц результатов, и сделаны выводы о необходимости совершенствования информационно-измерительной системы. Предложены пути совершенствования информационно-измерительной системы, которые могут быть использованы как на существующих, так и на перспективных пилотируемых космических комплексах.
Бесплатно
Информационно-управляющая система российского сегмента Международной космической станции
Статья научная
Рассматривается разработка информационно-управляющей системы (ИУС) Российского сегмента Международной космической станции (РС МКС). Информационно-управляющая система служит для обеспечения проведения космических экспериментов в автоматическом или ручном режиме управления от экипажа. В целях создания высокотехнологичных условий проведения научных исследований на РС МКС в РКК «Энергия» ведутся работы по модернизации ИУС на служебном модуле, созданию ИУС на планируемом многоцелевом лабораторном модуле «Наука» и научно-энергетическом модуле. В работе рассмотрены этапы и принципы модернизации ИУС. Практическим результатом модернизации ИУС служебного модуля стало проведение ряда высокотехнологичных научных экспериментов. В 2014 г. на МКС были установлены две съёмочные камеры. В настоящее время идёт подготовка к лётным испытаниям эксперимента с научной аппаратурой «Икарус». Опыт, полученный в ходе проведения экспериментов, позволяет утверждать, что ИУС РС МКС станет современной системой, позволяющей в автоматическом режиме реализовывать самые амбициозные космические эксперименты на базе МКС.
Бесплатно
Статья научная
В статье изложена роль средств и методов измерения быстроменяющихся параметров (вибраций, перемещений, акустического шума и пр.) для оценки работоспособности быстровращающихся турбокомпрессоров-генераторов, используемых в составе турбомашинных систем преобразования энергии. Приведены основные подходы к организации измерений быстроменяющихся параметров турбокомпрессоров-генераторов при их испытаниях. Даны сведения по составу и характеристикам аппаратуры контроля быстроменяющихся параметров и программного обеспечения, используемых в АО ГНЦ «Центр Келдыша» при проведении испытаний турбокомпрессоров-генераторов. Даны примеры настройки аппаратуры, обработки результатов испытаний и их последующего анализа.
Бесплатно
Статья научная
Представлена схема размещения системы электроснабжения (СЭС) возвращаемого аппарата (ВА) пилотируемого транспортного корабля (ПТК) на основе одноразовых батарей и автономных одноразовых источников тока, специализированных для обеспечения электрических импульсных нагрузок ВА ПТК при спуске. Рассмотрены особенности данной схемы. Представлен вариант схемы размещения СЭС ВА ПТК c гибридными накопителями электрической энергии на основе литий-ионной аккумуляторной батареи и блоков суперконденсаторов (БСК) в едином корпусе. Представлен вариант схемы размещения СЭС ВА ПТК с литий-ионными аккумуляторными батареями для обеспечения бортовых стационарных нагрузок и кабель-вставками на основе суперконденсаторов для обеспечения импульсных нагрузок (инициация пиросредств двигателей мягкой посадки ВА ПТК). Разработана принципиальная схема устройства кабель-вставки с блоком суперконденсаторов (БСК-кабель-вставка), согласно которой для уточнения ее электрических параметров с учетом максимальных требований по импульсной нагрузке ВА в MATLAB/Simulink была синтезирована имитационная математическая модель БСК-кабель-вставки, и проведена серия симуляций. Представлены результаты моделирования, сделаны выводы о целесообразности применения данного устройства.
Бесплатно
Статья научная
Ионными жидкостями являются соли, в основном органические, состоящие из ионов. Ионные жидкости обладают уникальными свойствами: чрезвычайно низким давлением паров, диапазоном температуры жидкой фазы от нуля до нескольких сотен градусов Цельсия, высокой термической и химической устойчивостью. Органическая и ионная природа ионных жидкостей делает их превосходными растворителями для большого ряда веществ, а антибактериальная и противогрибковая активность при низкой токсичности многих ионных жидкостей имеет большое значение для промышленности и медицины. Для космических систем жизнеобеспечения, в т. ч. на Луне и Марсе, является перспективным применение ионных жидкостей в качестве: • абсорбентов углекислого газа, водяного пара и, частично, вредных газовых примесей; • среды для низкотемпературных электрохимических реакций в регенерационных средствах обеспечения газового состава, включая электролиз СО2.
Бесплатно
Использование метана в замкнутых комплексах жизнеобеспечения космических экспедиций
Статья научная
В статье рассмотрено использование метана (образующегося в процессе регенерации кислорода из выделяемого космонавтами углекислого газа при его гидрировании в реакции Сабатье с последующим извлечением 61% кислорода путём электролиза образующейся воды) в регенерационном комплексе жизнеобеспечения экипажей космических экспедиций. Показано, что образовавшийся при реакции Сабатье метан можно использовать как для пиролиза с целью возврата образовавшегося водорода в эту реакцию для извлечения 100% кислорода из углекислого газа, так и для образования пищевого белка для космического жизнеобеспечения. Использование пиролиза метана стало возможным в связи с новыми технологиями, позволившими снизить температуру процесса до 500 - 700 °С и получить легко-удаляемый углерод. Приведены рекомендации по проектированию космических систем пиролиза метана. Обосновано предположение о том, что существующие процессы производства белка из метана с использованием метанотрофных бактерий для народного хозяйства могут быть применены для производства пищевого белка космического рациона пищи, определён баланс замкнутой метанотрофной реакции, приведены основы расчёта и рекомендации по проектированию космических систем метанотрофного производства пищевого белка. Создание системы производства пищевого белка из метана позволит использовать её как одну из систем обеспечения пищей на Луне и Марсе, а также в качестве резервной системы в транспортных космических экспедициях.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача поиска оптимальных по расходу топлива траекторий управления ориентацией Международной космической станции (МКС) при выполнении пространственных разворотов на большие углы с использованием реактивных двигателей ориентации. Создание подобных алгоритмов управления угловым движением МКС в настоящее время является актуальной задачей для российских разработчиков бортового программного обеспечения. Для формирования оптимальной траектории разворота в работе предлагается применить псевдоспектральный метод Лобатто. Этот метод позволяет привести постановку задачи оптимального управления к задаче нелинейного математического программирования, которая может быть решена при помощи метода последовательного квадратичного программирования. Результаты моделирования показали значительную экономию топлива и ресурса двигателей ориентации при разворотах орбитальной станции по сравнению с используемыми в настоящее время алгоритмами системы управления движением Российского сегмента МКС.
Бесплатно
Использование ресурсов луны для исследования и освоения солнечной системы в XXI веке
Статья научная
Рассматриваются возможные направления использования Луны для исследования и освоения Солнечной системы. Проводится анализ лунных ресурсов. Рассмотрены направления развития технологий, позволяющих придать мощный импульс созданию нового поколения космической техники, отработке систем внеземной жизнедеятельности человека и внеземному применению интеллектуальных роботизированных систем, технологических и промышленных комплексов. Существование различных точек зрения на проблемы освоения Луны с созданием на ней обитаемой базы не преуменьшает очевидность того, что этот естественный спутник Земли логикой научно-технического прогресса постепенно превращается в один из реальных объектов инфраструктуры земной цивилизации. Формирование лунной инфраструктуры как составной части стратегии освоения Солнечной системы позволит расширить наши познания в области исследования фундаментальных проблем космологии, а также расширить возможности человечества по исследованию планетных систем Вселенной.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время широко применяются плоские активные фазированные антенные решетки (АФАР) космического базирования для решения задач обеспечения радиолокации и персональной спутниковой связи. Как правило, АФАР имеют рабочие поверхности большой площади. Проектируемые современные космические аппараты, содержащие АФАР, для поддержания ориентации используют силовые гироскопы. В работе рассматривается возможность использования АФАР существующих конструкций в качестве магнитного исполнительного органа для разгрузки силовых гироскопов от накопленного кинетического момента. В процессе взаимодействия собственных магнитных моментов токовых контуров электропитания излучателей решетки с магнитным полем Земли создается управляющий момент, противоположно направленный накопленному кинетическому моменту в системе силовых гироскопов. Значения собственных магнитных моментов зависят от функционального предназначения АФАР и принятых конструкторских решений, связанных с протеканием токов по цепям первичного и вторичного электропитания. Преимущество применения АФАР в качестве исполнительных органов заключается в том, что они не требуют дополнительного увеличения массы космического аппарата для проведения динамических операций.
Бесплатно
Статья научная
Заданные свойства демпфирования перспективных стыковочных механизмов космических аппаратов могут быть обеспечены применением элементов амортизации с использованием спиральных ленточных пружин с нелинейной характеристикой жесткости. Существующие приближенные инженерные методики позволяют рассчитать отдельные параметры спиральных пружин постоянной ширины, работающих только в режиме часового механизма, когда момент сопротивления на всем угловом ходе близок к постоянному. Требуемая нелинейная характеристика жесткости может быть реализована только при использовании спиральной пружинной ленты переменной ширины. Для описания формы такой пружинной ленты в данной работе предлагается использовать новые, цилиндрические конечные элементы. Рассматривается алгоритм расчета деформации пружины крутящим моментом. Изменение величины этого момента позволяет определить характеристику жесткости. Описанная модель и алгоритм расчета деформаций ленточной спиральной пружины являются основой для анализа и синтеза параметров пружинных элементов амортизации перспективных стыковочных механизмов.
Бесплатно
Испытания макета трансформируемого модуля космических и планетных станций
Статья научная
В период с 2012 по 2015 гг. в РКК «Энергия» в инициативном порядке в рамках инвестиционного проекта «Создание прототипа трансформируемого обитаемого космического модуля» проводились работы по проектированию трансформируемых модулей, а также по созданию и наземной экспериментальной отработке масштабного макета трансформируемого модуля. Программа испытаний имела цель проверить и подтвердить выбранные проектно-компоновочные решения в части функционирования, герметичности, прочности изделия, а также получить данные об амплитудно-частотных характеристиках трансформируемой оболочки. В статье приведены описания проводившихся испытаний, их цели и достигнутые результаты, описаны экспериментальные установки и методики проведения. Сделаны выводы, основанные на полученных по итогам работ результатах, и намечены пути и варианты дальнейшей экспериментальной отработки макета трансформируемого модуля.
Бесплатно
