Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 446
Математическое моделирование выпуска тросовой системы из вращающегося центрального тела
Статья научная
В статье исследуется задача выпуска весомого троса, представляющего часть полотнища круглого солнечного паруса в уложенном состоянии, под действием центробежных сил инерции. Аналитическим путем находится угол наклона квазистационарной формы троса при выпуске с постоянной скоростью. Рассматриваются различные способы выпуска троса: при постоянной скорости, при равномерно убывающей скорости и при скорости, обеспечивающей постоянное отклонение конца троса от радиального направления. Рассматриваются преимущества и недостатки каждого из способов выпуска. Основное внимание уделяется минимизации возмущающего воздействия троса на центральное вращающееся тело, из которого выпускается сложенное полотнище паруса. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании систем первоначального этапа раскрытия солнечных парусов на космических платформах с большими вращающимися солнечными парусами.
Бесплатно
Статья научная
В работе проведено математическое моделирование динамики контура управления ориентацией космического аппарата дистанционного зондирования Земли в процессе проведения съемок. Аппарат предназначен для осуществления съемок полосы вдоль трассы полета, стереосъемок, площадных и коридорных съемок под углом к трассе полета. Для обеспечения высокой маневренности аппарата в процессе съемок предполагается, что в контуре управления в качестве исполнительных органов используются двухстепенные силовые гироскопы. Проведены исследования возможностей выполнения данным аппаратом серий площадных и коридорных съемок. В контуре управления ориентацией были выбраны параметры управления, обеспечивающие заданные технические характеристики. Результаты моделирования подтвердили возможность выполнения аппаратом данных видов съемок и обеспечение заданных точностных характеристик.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлено описание трёх модулей математического моделирования из программного комплекса расчёта энергобаланса, созданного для решения задачи прогнозирования энергобаланса космических аппаратов. Программный комплекс применён для расчёта энергобаланса многоцелевого лабораторного модуля на автономном участке его полёта. Программный комплекс состоит из четырёх модулей. Модуль исходных данных представляет собой реляционную базу данных, включающую в себя описание бортовых систем, состоящих из приборов и агрегатов, потребляющих электроэнергию, и циклограмму их работы. Остальные три модуля являются математической моделью для определения необходимых в расчёте параметров: баллистических, энергопотребления бортовых систем, энергоприхода от солнечных батарей с учётом изменяющейся ориентации изделия и уровня запаса электрического заряда аккумуляторных батарей для режимов функционирования многоцелевого лабораторного модуля на этапах предстартовой подготовки, выведения, автономного полёта, причаливания и стыковки.
Бесплатно
Международная космическая станция - крупнейший международный космический проект
Статья научная
В статье описана история международного сотрудничества по проекту Международной космической станции (МКС). Описана история развёртывания станции и изменения, внесённые в её конфигурацию. Приведены основные трудности при взаимодействии по проекту. Описаны ключевые решения, принятые в ходе выполнения программы. Подчёркивается огромное значение программы МКС для российской космонавтики.
Бесплатно
Международное сотрудничество в сфере пилотируемых полетов. Часть 1. Исторический обзор
Статья научная
Рассмотрены история, особенности и основные результаты международного сотрудничества в сфере пилотируемых космических полетов, включая проект «Аполлон-Союз», орбитальные станции «Салют» и «Мир», и роль в этом процессе РКК «Энергия». Подчеркивается, что в программе «Аполлон-Союз» были выработаны основные положения международного сотрудничества, которые сохранились в течение более чем сорока лет. Многому научились при полетах на космических кораблях «Союз» интернациональных экипажей на советские орбитальные станции «Салют-6» и «Салют-7». На основе двусторонних соглашений наиболее крупные совместные программы выполнялись с Индией, Францией, США и Германией. Приведены результаты беспрецедентной международной программы работ и исследований на российском пилотируемом орбитальном комплексе «Мир» в течение 15-летнего полета станции и использования этого опыта при разработке Международной космической станции. Описаны результаты и опыт сотрудничества с США по программам «Мир-Shuttle» и «Мир-NASA» в тяжелые для России 90-е годы прошлого столетия. Ключевые слова: пилотируемая космонавтика, пилотируемые корабли, орбитальные станции, международное сотрудничество, научные эксперименты, «Аполлон-Союз», «Салют-6», «Салют-7», «Мир», «Мир-Shuttle», «Мир-NASA».
Бесплатно
Статья научная
Обсуждаются вопросы международного сотрудничества при создании и эксплуатации Российского сегмента Международной космической станции (РС МКС). Рассматриваются история проекта и структура совместных органов управления. Рассказывается о решении международно-правовых вопросов, включая проблемы собственности и распределения ресурсов в контексте сложностей финансирования отечественной пилотируемой программы в 1990-е и начале 2000-х гг. Описан ход выполнения программы, отмечается, что Россией выполняются все принятые на себя международные обязательства. Подчеркивается роль РКК «Энергия» в обеспечении доставки экипажей и грузов на МКС после прекращения полетов транспортных кораблей США - Space Shuttle. Показаны результаты сотрудничества и примеры взаимовыручки партнеров, трудности формирования сегментов и договоренности о продлении функционирования МКС. Дан краткий анализ научных программ, выполненных совместно с зарубежными коллегами.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается метод адаптивного планирования грузопотока для Российского сегмента Международной космической станции. Метод реализован в мультиагентной системе интерактивного построения программы полета и плана грузопотока и базируется на итерационном алгоритме повышения удовлетворенности агентов грузов и полетов, позволяющем эволюционным путем строить последовательности предпочтительного размещения грузов по полетам. В статье показывается, что разработанный метод позволяет решать сложные задачи планирования за счет самоорганизации агентов грузов и агентов полетов, выполняющих переговоры для нахождения и идущих на уступки для согласования баланса интересов в режиме работы по событиям в реальном времени, как это делают опытные специалисты (проектанты).
Бесплатно
Статья научная
Во время создания двигательных установок ракет-носителей для подтверждения результатов проектирования автономная отработка элементов систем топливоподачи производилась на специально созданных экспериментальных установках, оснащённых необходимыми средствами измерений. В настоящей статье в качестве примера подобных работ изложен опыт автономной отработки рабочего наддува топливных баков. При испытаниях на созданных экспериментальных установках проведена отработка тепло -массообменных процессов с имитацией расчётных режимов рабочего наддува топливных баков, заправленных кислородом и водородом. В результате этих испытаний обоснованы выбор рабочих тел в качестве газа наддува, конструкция и характеристики ввода газа в топливные баки, метод оценки эффективности процесса наддува. Получены эмпирические зависимости, использованные в качестве граничных условий в моделях для практических расчётов по уточнению режимов и оценке эффективности системы топливоподачи двигательных установок. Обращено внимание на необходимость использования для отработки систем топливоподачи с применением компьютерного моделирования результатов подобных ранее выполненных работ при создании перспективных ракетных двигательных установок.
Бесплатно
Метод и средства определения коэффициентов теплопереноса в органических жидкостях и растворах
Статья научная
В статье представлены метод, средства и разработанный алгоритм экспериментального определения коэффициентов теплопереноса в органических жидкостях и растворах. Актуальность работы определяется проблемой разработки авиационной и ракетно-космической техники нового поколения. В связи с этим усовершенствован импульсный метод определения коэффициентов теплопереноса, построенный на использовании пленочного датчика микронной толщины. Модифицирована схема измерений. Построена математическая модель датчика измерений. Разработаны алгоритмы проведения эксперимента и обработки результатов измерений для определения коэффициентов теплопереноса. Проведен анализ погрешностей эксперимента. Приведены результаты экспериментальных исследований некоторых органических жидкостей. Авторы считают, что материал, изложенный в статье, найдет применение в исследованиях, проводимых в НИИ, конструкторских бюро и образовательных учреждениях, среди научных работников, аспирантов и студентов.
Бесплатно
Статья научная
Успешное выполнение полетного задания автоматическим космическим аппаратом (АКА) как в номинальных условиях работы, так и при возникновении расчетных и нерасчетных нештатных ситуаций возможно путем обеспечения живучести бортовой системы (БС) АКА. Анализ современных методов оценивания показателей живучести БС АКА при управлении их конфигурацией и реконфигурацией в условиях возникновения расчетных аварийных полетных ситуаций, широко используемых в ходе проектирования и создания указанных АКА, показал, что данные методы неприемлемы для оценивания показателей живучести БС АКА при возникновении нерасчетных нештатных полетных ситуаций. Это требует разработки концептуально новых методологических и методических основ оценивания структурной живучести конфигураций БС АКА, учитывающих степень участия функциональных элементов (ФЭ) и подсистем БС в технологических операциях управления АКА при различных сценариях реализации программы полета. В статье предлагается оригинальный подход к оцениванию структурно-технологической живучести БС АКА, основанный на нечетком гиперграфовом формальном представлении технологических операций управления ориентацией АКА, в котором ребра соответствующего гиперграфа соединяют ФЭ и подсистемы БС, обеспечивающие реализацию того или иного конкретного процесса управления. В статье также показано, как для количественного оценивания показателей структурно-технологической живучести заданной конфигурации БС АКА можно использовать результаты дифференцирования нечеткого гиперграфа, которые в наглядной форме можно представить в виде нечеткого графа технологической независимости ФЭ БС. Приведенный подход позволяет провести анализ влияния ФЭ на БС, выявить наиболее критичные элементы, обладающие наименьшей технологической независимостью в условиях реализации программы полета, что можно использовать для обоснования требуемого уровня структурно-функциональной избыточности элементов и подсистем АКА, вводимых на различных этапах его жизненного цикла.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрены подходы к моделированию операций внекорабельной деятельности на поверхности других космических объектов (небесных тел) с применением технологий виртуальной реальности и систем моделирования микро- и гипогравитации путём механического обезвешивания оператора. Описаны применяемые в мировых космических агентствах комплексы-симуляторы, а также опыт ИМБП РАН в реализации данного направления разработок и исследований. Представлен специально разработанный авторами статьи и апробированный в рамках исследований иМбП РАН подход к моделированию операций внекорабельной деятельности с целью изучения психофизиологических аспектов данных операций с учётом воздействия гипогравитации, основанный на применении технологий виртуальной реальности и стендов адаптивного обезвешивания.
Бесплатно
Статья научная
В процессе старта и на участке выведения крупногабаритное навесное оборудование космического аппарата подвергается воздействию интенсивных вибраций, во многом обусловленных воздействием акустических давлений. Для обеспечения надежного функционирования всех систем космических аппаратов на орбите необходимо максимально достоверно (с использованием подтвержденных экспериментально математических моделей) оценивать режимы вибрационного нагружения. Определение параметров виброакустической реакции конструкции оборудования является важной проблемой для тех частей (элементов) конструкции, которые имеют большую площадь поверхности при сравнительно малой массе. Такими конструкциями, в частности, являются солнечные батареи в сложенном состоянии и антенны рефлекторного типа. Целью данной работы является апробация методики расчета энергетических спектральных плотностей вибраций в диапазоне низких и средних частот (25...400 Гц) и ее применение для упомянутых конструкций на участке старта и полета в составе ракеты космического назначения в зоне максимальных скоростных напоров, когда уровни акустического давления, а следовательно, и их влияние на виброакустическую реакцию этих конструкций, максимальны. Реализация поставленной цели осуществлена на примере солнечной батареи, а также антенны рефлекторного типа, используемых, соответственно, в системе энергоснабжения и бортовом радиотехническом комплексе одного из космических аппаратов разработки РКК «Энергия».
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается метод расчёта длительности сеансов связи командно- измерительного пункта (КИП) с космическим аппаратом (КА), позволяющий рационально использовать время сеанса при планировании операций управления с целью недопущения их преждевременного исполнения или аварийного прекращения в случае наличия ограничений в зоне радиовидимости КИП. Благодаря разработанному методу удалось выявить зоны радиовидимости с ограничениями и исключить времена ограничений из общей длительности сеанса, обеспечив зону устойчивого радиообмена с КА при реализации операций управления, повысив тем самым надёжность их выполнения в сеансе связи. Метод успешно применялся при управлении группировкой КА «Ресурс-П», где показал свои возможности и эффективность. Он может быть использован для управления другими перспективными КА.
Бесплатно
Статья научная
Представлен метод регулирования температуры хладоносителя при жидкостном термостатировании космических аппаратов, позволяющий подавать в термостатируемый объект охлаждающую жидкость со строго заданной температурой, при этом диапазон отклонений от заданного значения может регулироваться. Описана установка жидкостного термостатирования для тепловакуумных испытаний, реализующая этот метод. Результаты эксплуатации таких установок показывают возможность использования прошедшего апробацию предлагаемого метода при разработке климатических испытательных камер различного назначения. На примере спроектированных и изготовленных климатических камер «Фригодизайн®» серии «КИ» приведены основные факторы, определяющие стоимость и энергопотребление таких камер, а также описаны некоторые из них, созданные для испытаний объектов при температурах от -100 до +70 °С.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрена роль конечноэлементных моделей в обеспечении отработки на прочность крупных изделий космической техники. Изложены основные проблемы при проведении верификации моделей такого размера по результатам вибропрочностных испытаний. Показана необходимость применения средств вычислительной техники при обработке результатов вибропрочностных испытаний для крупных изделий, а также необходимость предъявлять определённые требования к конечноэлементным моделям на этапе их разработки. Предложена методика автоматизированной верификации конечноэлементных моделей, которая позволит решить поставленную задачу в рамках допустимых затрат человеческого и машинного времени. Приведён пример автоматизированной верификации автономной конечноэлементной модели крупного узла космического модуля в качестве подтверждения работоспособности методики. Рассмотрены подходы к масштабированию методики на крупные космические аппараты и модули.
Бесплатно
Статья научная
Описаны особенности околообъектовой среды Международной космической станции (МКС), связанные с протеканием токовых процессов между разноименно заряженными элементами конструкции станции. Представлены цели и задачи космического эксперимента по исследованию плазменной обстановки на внешней поверхности МКС, проведенного в рамках программы научно-прикладных исследований на Российском сегменте МКС. В ходе проведения эксперимента были определены зависимости диапазона интенсивности токовых процессов в плазменном окружении станции от ее конфигурации и положения на орбите; от работы двигателей ориентации и других газовыделяющих систем; сезонного изменения внешних космических условий. Рассмотрены различные варианты постановки сеансов измерений и методики использования в ходе их выполнения бортовой научной и служебной аппаратуры. Методики основаны на использовании имеющегося на станции оборудования без создания дополнительной научной аппаратуры, что позволяет получить новые научные результаты с минимальными финансовыми и временными затратами.
Бесплатно
Статья научная
В статье изложена краткая история исследования динамики процесса отделения транспортных пилотируемых кораблей (ТПК) от орбитальных станций «Салют», орбитального комплекса «Мир», а также Международной космической станции (МКС) ранних этапов развёртывания. Отмечены факторы, повлекшие необходимость пересмотра методики проведения анализа безударности ТПК «Союз МС» при отделении от МКС актуальных конфигураций. Перечислены принятые допущения и необходимые исходные данные для проведения исследования. Приведены результаты оценки возможных начальных условий с учётом эллиптичности орбиты МКС и аэродинамического воздействия. Рассмотрена динамическая модель пружинных толкателей, обеспечивающих начальный увод ТПК от МКС после разрыва механических связей, показаны диапазоны соответствующих приращений линейных и угловых скоростей исследуемых объектов. Описан подход к определению возможных соударений корабля со станцией после отделения, сочетающий использование модифицированного алгоритма Гилберта-Джонсона-Кирти (GJK) с последующим графическим построением траекторий, характеризующихся пересечением либо опасным сближением ТПК с элементами конструкции МКС.
Бесплатно
Статья научная
Представлены методы ресурсного энергообеспечения полёта космического аппарата «Ямал-100» от вторичных бортовых источников электроэнергии - никель-водородных аккумуляторных батарей. Впервые в мировой практике применения металл-водородных электрохимических батарей с расположением их в едином газовом коллекторе удалось достичь ~10-летнего срока эксплуатации на орбите в составе геостационарного спутника Земли. Потеря энергоёмкости в аккумуляторах могла привести к досрочному прекращению полёта космического аппарата. Поэтому энергетический ресурс аккумуляторов поддерживался проактивным управлением, состоящим из прогноза и активного управления. Разработанные методы текущего наблюдения в виде контроля и диагностики состояния аккумуляторных батарей с оцениванием текущей разрядной энергоёмкости позволяли прогнозировать дальнейшие деградационные потери в условиях недостатка мощности средств охлаждения аккумуляторов. Активное управление заключалось в применении методов, направленных на обеспечение оптимальных условий эксплуатации, парирование возможного развития температурной аномальной ситуации в зоне электрохимической реакции и регенерацию энергоёмкости. При этом в управлении использовался синергетический эффект, формируемый вторичными энергетическими взаимосвязями между бортовыми системами. Это позволило обеспечить заданные сроки эксплуатации батарей в условиях неблагоприятного внешнего фактора в виде увеличивающегося теплового воздействия на средства термостатирования аккумуляторов. Рост тепловой нагрузки был вызван переотражением части светового потока от элементов конструкции аппарата и увеличением коэффициента поглощения солнечного излучения («старения») терморегулирующих покрытий.
Бесплатно
Статья научная
Для выполнения программы полёта автоматическими космическими аппаратами (АКА) «Ямал» - геостационарными спутниками связи - необходимо решить две задачи: удержание в точке стояния и поддержание орбитальной ориентации. С целью решения первой задачи периодически проводятся манёвры аппаратов с использованием электроракетных двигателей (ЭРД). Вторая задача решается с использованием электродвигателей-маховиков, для разгрузки которых от накопленного кинетического момента применяются ЭРД и газовые ракетные двигатели, работающие на одном и том же рабочем теле (РТ) - ксеноне. Таким образом, от запасов РТ зависит эффективность выполнения программы полёта, связанная с продолжительностью выполнения АКА своих функциональных задач. В статье рассматривается методика получения дополнительного синергетического ресурса РТ с использованием для этого знаний о происходящих на борту процессах. Показано на практике, что, обладая содержательной информационной моделью АКА как сложной динамической системы, можно получить дополнительный ресурс при выполнении одних и тех же динамических операций программы полёта, связанных с расходом РТ.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы проведения копровых испытаний и разработки математической модели посадки возвращаемого аппарата пилотируемого транспортного корабля, обобщенные сведения о концепции построения средств приземления корабля, назначение и роль копровых испытаний в общей программе экспериментальной отработки корабля, представлена методика проведения копровых испытаний макета возвращаемого аппарата, определены предварительные режимы проведения испытаний при штатных и расчетных нештатных условиях, приводится описание, структура и модель расчета динамики посадки возвращаемого аппарата на посадочные опоры, описаны силовые факторы, действующие в посадочной опоре, приведены характеристики посадочных грунтов и силовая характеристика раздвижного упора. Модель динамики процесса посадки разработана в специализированной системе виртуального моделирования механических процессов MSC Adams. Определены вертикальное и горизонтальное линейные ускорения в центре масс возвращаемого аппарата при посадке на прочный грунт для различных случаев штатной и расчетной нештатной посадок.
Бесплатно
