Статьи журнала - Космическая техника и технологии
Все статьи: 466
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
Статья научная
В настоящей статье изложена методика расчётного прогнозирования динамических характеристик и испытательных режимов, реализуемых виброударными стендами взрывного действия. Виброударные стенды широко применяются при наземной экспериментальной отработке бортовой аппаратуры космических аппаратов на нестационарное широкополосное воздействие, возникающее вследствие срабатывания пиротехнических средств разделения. Принцип действия стендов этого типа основан на возбуждении с помощью взрывного источника энергии в системе упруго-инерционных элементов (резонаторе) интенсивного нестационарного широкополосного вибрационного режима, воздействующего на объект испытаний. Представленная аналитическая методика используется для прогнозирования испытательных режимов в форме ударного спектра и для предыспытательных расчётов с целью настройки характеристик стенда, обеспечивающей реализацию необходимых испытательных режимов. Достоверность результатов расчётов, выполненных по данной методике, подтверждается экспериментальными данными.
Бесплатно
Методики полётных калибровок спутниковой спектральной аппаратуры
Статья научная
В работе приведены разработанные методики калибровки в полёте спутниковой спектральной аппаратуры (путём решения прямой и обратной задач теории переноса излучения в атмосфере) с использованием квазисинхронных подспутниковых измерений. Также представлены результаты обработки и анализа нескольких сеансов многоуровневых измерений наземных тестовых объектов, проведённых на аэродроме «Зябровка» (Республика Беларусь, Гомельская область). При наземных и авиационных измерениях использовались спектральные приборы, разработанные в отделе аэрокосмических исследований НИИПФП им. А.Н. Севченко БГУ для обеспечения наземных тестовых спутниковых полигонов. Приводятся результаты верификации наземных, авиационных и космических измерений. Для верификации наземных и космических измерений использовались данные мультиспектрального спутникового аппарата Sentinel-2.
Бесплатно
Методические подходы к парированию аварийных ситуаций на международной космической станции
Статья научная
Поддержание атмосферы пилотируемого космического комплекса с параметрами, близкими к земным, служит залогом возможности экипажа жить и работать в космосе. Любое относительно небольшое изменение характеристик атмосферы может угрожать жизни экипажа и требует незамедлительного реагирования на возникшую ситуацию. К числу аварийных ситуаций, мгновенное реагирование на которые возложено исключительно на экипаж пилотируемого космического комплекса, относятся разгерметизация герметичных объемов, пожар и токсическое загрязнение атмосферы. Действия экипажа в указанных ситуациях регламентируются специальными бортовыми инструкциями (полетными процедурами). В статье описываются основные допущения и требования, положенные в основу разработки порядка действий экипажа в аварийных ситуациях на Международной космической станции (МКС), а также реализованные в полетных процедурах методические приемы, позволяющие оптимизировать действия экипажа по реагированию на аварийные ситуации с учетом местоположения модулей и кораблей-спасателей в составе Российского сегмента МКС.
Бесплатно
Методический подход к формированию наземного контура управления многоспутниковой группировкой
Статья научная
Для организации управления многоспутниковыми группировками (МСГ) предлагаются различные схемы построения систем управления, основанные как на традиционном наземном контуре управления, так и на межспутниковых линиях связи и эшелонированных системах космической ретрансляции. Если последние два направления являются далёкой либо среднесрочной перспективой, то задействование наземного контура для обеспечения управления МСГ в ближнесрочной перспективе, с учётом развитой инфраструктуры, является наиболее реальным. Предлагается подход к формированию наземного контура управления (НКУ) многоспутниковой группировкой, основанный на оптимизации количества и расположения командно-измерительных систем и количества каналов одновременного управления несколькими космическими аппаратами из одного или разных центров управления полётами. Приведены этапы реализации методического подхода и система показателей, используемых при оптимизации. На примере показана принципиальная возможность применения предлагаемого метода. Представлены результаты серии имитационных экспериментов, полученные с использованием компьютерного моделирования, при этом учитываются баллистические характеристики и орбитальное построение МСГ, а также пространственно-временные ограничения применения командно-измерительных систем. Показано, что предложенный авторами методический подход позволяет обосновывать различные варианты построения НКУ космическими аппаратами, а также, исходя из требований к космической системе по сеансному обмену, обосновывать ключевые требования к НКУ МСГ в части состава и построения НКУ, в т. ч. с мультиантенной реализацией.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен методологический подход к задаче выбора основных проектных параметров малого космического аппарата, относящейся к классу задач дискретной комбинаторики. Рассмотрены требования, определяющие облик малого космического аппарата. Определены проектные параметры, которые в наибольшей степени определяют проектный облик малого космического аппарата и гарантируют выполнение целевых функций. Предложено решение задачи выбора целевой аппаратуры и бортовых обеспечивающих систем минимальной массы малого космического аппарата.
Бесплатно
Методология и результаты эргономического проектирования пилотируемого транспортного корабля
Статья научная
При создании и целевом использовании пилотируемого транспортного корабля (ПТК) необходима высокая эффективность его применения при условии соблюдения требований безопасности экипажа. В пилотируемых системах важнейшим звеном является человек-оператор и его безошибочное и эффективное выполнение своих функций. Распределение функций между автоматическим контуром управления и между членами экипажа, отбор и подготовка экипажа также являются задачей эргономического обеспечения создания ПТК. В статье представлены результаты эргономического проектирования ПТК, направленного на создание системы и структуры профессиональной деятельности космонавтов с соблюдением требований и ограничений технического проектирования корабля. Показано, как выполнялись основные процессы эргономического проектирования: разработка программы эргономического обеспечения, распределение функций, определение квалификации экипажа, разработка интерфейсов экипажа, экспериментальное моделирование.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается организация деятельности космонавтов-испытателей на основе единой методологии, позволяющей обеспечить подготовку и выполнение летных испытаний пилотируемого транспортного корабля нового поколения. Методология летно-испытательной деятельности космонавтов-испытателей при создании пилотируемого транспортного корабля отличается от существующей организации работ прежде всего продуктивностью и инновационной направленностью. Предлагаемая методология рассматривается как система принципов и способов организации и построения деятельности, как учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности. Представлены составные части методологии, ее логическая и временная структуры, технология выполнения работ, текущие результаты применения методологии в РКК «Энергия».
Бесплатно
Статья научная
В статье подводятся итоги 15,5-летней работы на геостационарной орбите телекоммуникационного космического аппарата «Ямал-202». Проведен обзор применения электроракетных двигателей на космических аппаратах в отечественных и зарубежных проектах. Рассматриваются вопросы методологии создания и отработки электроракетной двигательной установки космического аппарата «Ямал-200», включая особенности стендовой базы РКК «Энергия», специфики оборудования и методологии заправки баллонов рабочим телом - ксеноном. Особое внимание обращено на предварительную совместную отработку аппаратуры питания и управления с тяговыми модулями в целях обоснования длительной работы электроракетных двигателей. В анализе 15,5-летней работы электроракетной двигательной установки показан начальный этап работы космического аппарата с маршевым режимом работы электроракетных тяговых модулей по установке в рабочие точки 49 и 90° в. д. с соответствующей наработкой всех тяговых модулей. Представлены итоговые данные по наработке тяговых модулей КА-201 за 10,5 и КА-202 - за 15,5лет эксплуатации, что дает значительную статистику по применению двигателей СПД-70. Проведена оценка оставшейся массы рабочего тела и возможности дальнейшей работы электроракетной двигательной установки.
Бесплатно
Статья научная
Определены методы вариабельного анализа и синтеза сложных процессов, происходящих на борту космических аппаратов, с проведением их общесистемного аналитического представления. В качестве примера для описания применения методов рассматривается управление системой электроракетных двигателей космических аппаратов «Ямал». Анализ и синтез сложного процесса в указанной системе производились для последующей оптимизации расхода рабочего тела при проведении маневров путем выбора варианта управления системой с минимальным секундным массовым расходом рабочего тела в электроракетных двигателях. Кроме того, указанные методы позволили устранить аномальные проявления в системе, приводящие к преждевременной выработке ресурса ее элементов и отказам в системе. Представлена апробация применения вновь определенных методов вариабельного анализа и синтеза сложных процессов при управлении одной из бортовых систем в реальном полете космического аппарата «Ямал». Применение методов позволило значительно сократить затраты рабочего тела на выполнение программы полета геостационарных космических аппаратов - спутников связи и предотвратить развитие скрытой, реально возникшей аномальной ситуации, приводящей к отказу одного из элементов системы. Определены аксиома и гипотеза, являющиеся вновь введенной методологической основой для вариабельного управления полетом космического аппарата. Проведено подтверждение выдвинутой гипотезы на основе результатов ее проверки при проведении маневра космического аппарата с использованием системы электроракетных двигателей.
Бесплатно
Статья научная
Основным условием выполнения программы полёта автоматического космического аппарата является его ресурсное обеспечение. Ресурсное обеспечение может быть пополнено за счёт синергетических наблюдений за процессами в случаях частичного, полного отсутствия или недостатка измерительной информации в одних объектах управления за счёт измерения параметров процессов, характеризующих работу других объектов управления. В качестве примера рассматривается ресурсное обеспечение процесса управления движением относительно центра масс за счёт синергетических наблюдений в случаях отсутствия инерционного измерителя вектора угловой скорости в системе управления движением геостационарного спутника связи «Ямал-200». При этом в основу наблюдения положена операция транзитивного замыкания бинарного отношения, заданного на базисном множестве процессов в бортовых системах и наземных средствах радиотехнического взаимодействия с бортовыми системами автоматического космического аппарата
Бесплатно
Методы и результаты продления срока службы российского сегмента Международной космической станции
Статья научная
Рассмотрено состояние работ по продлению срока службы Российского сегмента Международной космической станции (РС МКС). Проведение работ по контролю и поддержанию исправного технического состояния систем и модулей РС МКС является основой работ по обеспечению долговечности станции и безопасности её экипажа. Описаны мероприятия, проводимые для поддержания работоспособности РС МКС в условиях снятия с производства комплектующих изделий, истечения назначенных сроков хранения запасных частей, инструментов и принадлежностей. Рассмотрены изменения требований к эксплуатации комплектующих изделий систем и агрегатов, принятые для обеспечения продолжения полёта РС МКС. Описан порядок проведения работ по обнаружению источников выявленных в полёте отказов и неисправностей и устранению их причин, позволяющий принять меры по предотвращению развития отказов и неисправностей в максимально короткое время с обеспечением работоспособного состояния систем и агрегатов модулей РС МКС на время проведения ремонтно-восстановительных работ. Описан подход к проведению анализа причин отказов комплектующих изделий, позволяющий классифицировать их в целях статистического анализа, на основе которого можно оценивать динамику отказов в процессе полёта и использовать её для вывода о возможности продления лётных испытаний РС МКС до 2024 г. и далее. Приведены данные по динамике изменения количества отказов комплектующих изделий в ходе полёта РС МКС, которые показывают отсутствие роста этого количества.
Бесплатно
