Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 446
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
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
Статья научная
В данной статье представлены результаты проведенных исследований антикавитационных характеристик агрегатов подачи перспективных кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей при работе на кипящем водороде. Приводится описание алгоритма проведения циклических кавитационных испытаний бустерных турбонасосных агрегатов. Представлена схема созданной в АО КБХА экспериментальной установки. Испытаниям установки предшествовала длительная расчетная работа, включавшая в себя профилирование новых вариантов оседиагональных колес, CFD-моделирование течения для оценки эффективности предлагаемых профилировок, построение нестационарной математической модели и написание программного обеспечения, позволяющего моделировать работу установки. Программное обеспечение позволило провести оценку влияния режимных параметров на работу установки. Финальной частью работ являлось проведение испытаний установки на водороде. В ходе испытаний получены кавитационные характеристики трех бустерных турбонасосных агрегатов при различных расходах и температурах жидкого водорода. Результаты испытаний позволили модернизировать математическую модель с учетом особенностей профилировок оседиагональных колес.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей статье рассматриваются вопросы моделирования параметров атмосферы для использования в имитационных моделях процесса посадки пилотируемых космических кораблей, а также назначение и роль блока определения внешних условий в общей модели посадки пилотируемого корабля. Приводится обзор исходных данных для моделирования вертикального распределения параметров атмосферы и проблематика их использования, исследуется возможность и целесообразность использования для этих целей данных глобального архива радиозондовых наблюдений Integrated Global Radiosonde Archive, приводится описание, структура и упрощенная методика анализа данных радиозондовых наблюдений. Представлены результаты анализа по предложенной методике, выполненного для двух районов возможной посадки возвращаемого аппарата перспективного пилотируемого транспортного корабля «Федерация», проводится сравнение полученных результатов с номинальными параметрами стандартной атмосферы.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются результаты ускоренных биокоррозионных испытаний образцов двух алюминиевых сплавов, используемых при изготовлении космических пилотируемых объектов, с применением грибов-деструкторов, ранее выделенных с поверхностей на Российском сегменте МКС. Грибы-деструкторы, которыми обрастают конструкционные поверхности, вызывают их биокоррозионное повреждение. Приведена методика экспериментальных исследований образцов из алюминиевых сплавов АМг6 и 1570С с биокоррозионными поражениями, которая позволяет оценить возможные риски, возникающие или могущие возникнуть при внештатных ситуациях, и новые результаты испытаний этих сплавов на механическую прочность и циклическую усталость. Также произведена оценка степени биокоррозионного поражения образцов различными методами, в т. ч. с использованием оптического микроскопа, сканирующей лазерной микроскопии, металлографических исследований, сканирующей электронной микроскопии и томографирования рентгеновским томографом.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты измерения импульса тяги макета импульсного плазменного двигателя при воздействии внешнего магнитного поля на область разряда. Источником напряжения для макета двигателя служит генератор импульсов с магнитным накопителем энергии на 1 Дж и полупроводниковым обострителем тока. Длительность импульса напряжения составляет 60 нс при амплитуде 250 кВ. Приложенное магнитное поле сонаправлено с электрическим полем в разрядном промежутке, достигая 8 мТл в области протекания разряда. Измерения импульса тяги показывают, что при наличии магнитного поля он возрастает с 1,7 до 2,3 мкН-с. Оценки показывают, что в данных экспериментальных условиях электроны в разряде являются замагниченными. Это приводит к увеличению температуры и степени ионизации плазмы, что обусловливает увеличение импульса тяги. Таким образом, параллельное разряду магнитное поле является фактором, способным повысить рабочие характеристики импульсных плазменных двигателей.
Бесплатно
Статья научная
В представленной статье приведены результаты обработки экспериментальных данных, полученных при испытаниях аксиальных тепловых труб в составе теплопередающих элементов в условиях микрогравитации при проведении космического эксперимента «Фазопереход» и при сопровождении космического эксперимента в стендовых условиях. Описаны объекты исследования и экспериментальные установки для проведения испытаний. Рассмотрены типовые графики изменения теплопередающей способности и термического сопротивления тепловых труб при различных условиях подвода тепла к испарительной зоне и отвода от конденсационной зоны. В процессе сравнения результатов обработки наземных и лётных испытаний определено влияние микрогравитации на тепловые и эксплуатационные характеристики тепловых труб. Рассмотрены методики обработки полученных материалов космического эксперимента и методики исключения потерь тепла через теплоизоляцию теплопередающего элемента при проведении стендовых испытаний, даны предложения по дальнейшему использованию полученных научных результатов космического эксперимента.
Бесплатно
Статья научная
Для обеспечения безопасности экипажей пилотируемых транспортных кораблей на участке выведения в случае аварии ракеты-носителя используются реактивные блоки аварийного спасения, задачей которых является экстренное отделение возвращаемого аппарата с космонавтами от ракеты-носителя и увод его на безопасное расстояние. Одновременно ракетный блок аварийного спасения формирует необходимые условия для безударного отделения возвращаемого аппарата и его штатной посадки на земную или водную поверхности. Срабатывание ракетного блока аварийного спасения осуществляется по команде «авария», вырабатываемой системой управления ракеты-носителя в любой точке траектории выведения, начиная с момента старта. Для выбора энергетических характеристик ракетного блока, обеспечения устойчивости и управляемости отделяемого головного блока, включающего в себя ракетный блок аварийного спасения, переходный отсек и возвращаемый аппарат, в автономном полете с работающими и неработающими основными двигательными установками необходимо знание его аэродинамических характеристик в полетном диапазоне значений чисел Маха М∞, углов атаки αп и углов аэродинамического крена φn. При этом наибольшую сложность представляет определение влияния струй двигательных установок ракетного блока на аэродинамические характеристики отделяемого головного блока и газодинамического воздействия струй на поверхность возвращаемого аппарата. Исследование аэродинамических характеристик отделяемого головного блока системы аварийного спасения с работающими двигательными установками представляет собой весьма сложную задачу как в расчетном, так и в экспериментальном плане. В статье представлены результаты численных исследований аэродинамических характеристик отделяемого головного блока системы аварийного спасения создаваемого в России пилотируемого транспортного корабля нового поколения, а также валидации результатов расчетных исследований с использованием экспериментальных данных, полученных на масштабной модели в аэродинамических трубах. Исследования выполнены в диапазоне дозвуковых-гиперзвуковых скоростей полета и переменных значений нерасчетности струй.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты проектно-исследовательских и опытноконструкторских работ РКК «Энергия» по анализу и подтверждению возможности создания на базе серийного кислородно-углеводородного ракетного двигателя 11Д58М тягой 8,5 тс высокоэкономичного многофункционального двигателя с кислородным охлаждением и оптимальной для разгонных блоков (РБ) тягой 5 тс, выполненного по безгазогенераторной схеме. Многофункциональность двигателя предусматривает введение в его состав дополнительных блоков, обеспечивающих выполнение ряда важных для РБ функций, таких как обеспечение питания двигателя топливом из баков РБ после полета в условиях невесомости, создание управляющих моментов для ориентации и стабилизации РБ на пассивных участках полета, а также автономное управление автоматикой двигателя для его запуска, останова, регулирования при работе и аварийной защиты при нештатном функционировании и др. Замена традиционного охлаждения камеры двигателя высококипящим углеводородным горючим на инновационное кислородное охлаждение позволяет отказаться от колец завесного внутреннего охлаждения и исключить соответствующие потери горючего, а использование газифицированного кислорода в охлаждающем тракте камеры кислорода для привода турбонасосного агрегата - реализовать безгазогенераторную схему двигателя.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются вопросы методического обеспечения космического эксперимента «Вектор-Т», планируемого к проведению на Российском сегменте Международной космической станции (РС МКС). Целью проведения космического эксперимента является получение дополнительной информации для совершенствования методов управления движением МКС по данным слежения за траекторией дрейфа калиброванного твёрдого тела внутри герметичного отсека МКС. Приводятся результаты оценки возможных траекторий дрейфа в зависимости от состояния атмосферы Земли, положения подвижных элементов конструкции МКС и положения точки запуска относительно центра масс МКС. Рассматриваются методические вопросы планирования сеансов космического эксперимента, их проведения и обработки результатов.
Бесплатно
Статья научная
Одной из актуальных проблем космической отрасли является обеспечение мягкой посадки на Землю космических возвращаемых аппаратов и ступеней ракет-носителей с целью их повторного использования. Для решения этой проблемы может быть рассмотрен вариант использования парашютной системы с упругим звеном и тандемным разделением груза на две части, соединенные между собой тросом. Статья посвящена определению вязкоупругих свойств текстильного троса экспериментальной установки данной парашютной системы и построению математической модели его деформации при нестационарном механическом нагружении. В эксперименте получен коэффициент вязкого трения для погонной длины шнура, в то время как в литературе исследуются демпфирующие характеристики для образцов определенной длины. Математическая модель разработана в допущении упруговязкой модели Кельвина-Фойгта. Волновые эффекты при ударном воздействии не моделируются. Проведено математическое моделирование процесса опускания груза с параметрами стендового эксперимента. Результаты расчетов с применением экспериментально полученных коэффициентов удовлетворительно согласуются с экспериментом в части значений деформаций и максимальной перегрузки.
Бесплатно
