Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов. Рубрика в журнале - Космическая техника и технологии
Статья научная
Проведены анализ и расчет процесса низконапорного обратного осмоса в мембранном аппарате системы регенерации санитарно-гигиенической воды для космической станции. Описана физическая картина обратноосмотической очистки, и определена движущая сила процесса - разность эффективных давлений (рабочее минус осмотическое давление) в растворе у поверхности мембраны и в очищенной воде. Показано, что процесс мембранной очистки сопровождается диффузионным отводом компонентов моющего средства от мембраны. Коэффициент массоотдачи и разность концентраций (соответственно - разность осмотических давлений) в пограничном слое напорного канала могут быть определены с использованием расширенной аналогии между массообменом и теплообменом. Предложена и экспериментально подтверждена методика расчета производительности обратно -осмотического аппарата при очистке санитарно-гигиенической воды, полученной при использовании моющего средства, применяемого при санитарно-бытовых процедурах на Земле.
Бесплатно
Статья научная
Задачи оценки риска повреждения космических аппаратов (КА) и выработки мероприятий по его снижению и созданию систем защиты от воздействия сверхскоростных частиц микрометеороидов (ММ) и частиц космического мусора (КМ) являются весьма актуальными. Риск повреждения КА зависит от свойств элементов конструкции и интенсивности потоков сверхскоростных частиц. Противостояние любого элемента конструкции КА воздействию удара сверхскоростной частицы, как известно, описывается баллистическими предельными уравнениями. В настоящей работе выполнен анализ возможности использования разработанных к настоящему времени баллистических предельных уравнений для проведения оптимизации одностеночной и многостеночной защит КА от ММ/КМ. Под оптимизацией подразумевается сравнение относительной эффективности различных материалов и конфигураций защиты от сверхскоростных частиц. Приведены общие требования к баллистическим предельным уравнениям, пригодным для проведения сравнительного анализа защиты от ММ/КМ. Предложены уравнения, наиболее полно учитывающие различные факторы при оценке защиты от сверхскоростных частиц ММ/КМ.
Бесплатно
Выбор параметров накопителя энергии для нового периферийного стыковочного механизма
Статья научная
Стыковка космических аппаратов является управляемым механическим процессом их сборки на орбите с использованием активного и пассивного стыковочных агрегатов (СтА). Стыковочный механизм (СтМ) активного СтА обеспечивает условия для сцепки, поглощение энергии сближения активного космического аппарата, выравнивание и стягивание СтА для их окончательного жесткого соединения. В работе рассматривается кинематическая схема нового периферийного СтМ, в которой вместо демпфирования энергии используется ее накопление в пружинах с управляемой блокировкой их отдачи. Перед стыковкой блокировка включена и удерживает СтМ в исходном положении. Она выключается при появлении сигнала первого контакта СтА, освобождая энергию сжатых пружин для быстрого выдвижения кольца вперед и улучшения сцепки. После сцепки блокировка вновь включается, и энергия сближения накапливается в пружинах без возврата в механическую систему. Предотвращение контактов звеньев СтМ между собой и с корпусом СтА, приводящих к неконтролируемым нагрузкам, актуально для периферийных механизмов вследствие их компоновки. Описывается методика выбора параметров накопителя энергии, позволяющего поглотить ее максимально допустимую величину без контактов звеньев и превышения максимально допустимого значения осевой интерфейсной силы.
Бесплатно
Статья научная
Требования по повышению надёжности, ресурса, увеличению удельного импульса тяги жидкостного ракетного двигателя обосновывают необходимость перехода к новым конструкциям и технологиям изготовления регенеративной системы охлаждения двигателя. В работе рассмотрена перспективная диффузионно-вакуумная технология изготовления тракта регенеративного охлаждения камеры жидкостного ракетного двигателя на основе принципа межканального движения теплоносителя сквозь пористый металлический сетчатый материал. Метод диффузионной сварки металлических тканых сеток в вакууме позволяет получать крупные осесимметричные заготовки металлических сетчатых материалов, необходимые для изготовления тракта регенеративного охлаждения камеры жидкостного ракетного двигателя и рекуперативного теплообменного аппарата. Экспериментально подтверждена возможность создания высокоэффективного малоперепадного пористого теплообменного тракта, полученного с использованием металлического сетчатого материала (МСМ). В качестве исходного материала для изготовления МСМ рекомендуется использовать металлические тканые полотняные и саржевые фильтровые сетки типоразмера П24-П60, С120.
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
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
Исследование и картографирование луны космическими аппаратами и кораблями
Статья научная
Наши знания о лунной топографии значительно улучшились за последние два десятилетия благодаря лазерной альтиметрии и изображениям, полученным с орбитальных космических аппаратов. Рельеф лунной поверхности подробно отображён на Обзорной карте Луны в масштабе 1:13 000 000. Карта составлена на основе цифровой модели рельефа, построенной по данным лазерного высотомера американского космического аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter с разрешением 64 пикселя на градус (0,5 км на пиксель). В дополнение к рельефу, отображённому методом светотеневой отмывки, на карте приведены названия крупных образований Луны на латинском языке, принятом Международным астрономическим союзом, и на русском. Условными знаками на карте обозначены места посадок всех космических аппаратов и пилотируемых кораблей. В статье описаны основные результаты исследований лунной поверхности, выполненных по данным орбитальных и спускаемых аппаратов и кораблей.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей статье рассмотрен метод алмазного фрезерования высокопрочной керамики на основе карбида кремния (SiC) с наложени ем ультразвуковых колебаний на алмазный инструмент. Сложность процесса механической обработки высокопрочной керамики, применяемой для изготовления деталей авиационной и космической техники, обуславливается её свойствами, такими как высокая твёрдость и хрупкость. В связи с этим в настоящее время не существует отработанной технологии её обработки. Для проведения экспериментов по алмазной обработке необходимой задачей являлось проектирование и изготовление ультразвукового шпинделя (излучателя), позволяющего накладывать на алмазный инструмент ультразвуковые колебания. В процессе проведения предварительных экспериментов было определено влияние режимов резания и ультразвуковых колебаний, накладываемых на алмазный инструмент, на эффективность процесса обработки, оценка которого осуществлялась по следующим параметрам: шероховатость и точность поверхности, производительность процесса обработки.
Бесплатно
К вопросу о выборе проектных параметров перспективной ракеты-носителя среднего класса
Статья научная
В работе рассматривается возможность увеличения массы полезного груза, выводимого перспективной двухступенчатой ракетой-носителем на низкую околоземную орбиту, путём оптимизации проектных параметров второй ступени. Путём изменения начальной массы и тяги второй ступени (с учётом соответствующего изменения массы конструкции) определена зависимость массы полезного груза от начальной массы и тяги второй ступени ракеты-носителя, найден максимум массы выводимого полезного груза. Проведён анализ дальностей районов падения отделившейся первой ступени для заданного диапазона сочетаний массы и тяги второй ступени ракеты-носителя. Определена возможность попадания отделившейся первой ступени ракеты-носителя с оптимальным вариантом второй ступени в заданный район падения. Инструментом исследований является проведение баллистических расчётов.
Бесплатно
Компьютерная методика выбора параметров механизма защёлок периферийного стыковочного агрегата
Статья научная
При разработке отечественного периферийного стыковочного агрегата, соответствующего Международному стандарту систем стыковки, возникла задача уменьшения габаритов механизмов защёлок, обеспечивающих сцепку. В статье описан принцип работы этих механизмов. Предложена методика, позволяющая выбрать такое расположение их шарниров, при котором звенья находятся внутри заданной области в процессе функционирования. Для формирования различных вариантов расположения шарниров используется равномерная ЛПт-последовательность. Описан способ оценки максимальных нагрузок, действующих на звенья. Показано, что уменьшение габаритов существующего механизма защёлок возможно только при увеличении несущей способности звеньев. Предложенная методика является частью программного инструмента, автоматизирующего проектирование нового механизма защёлок.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается концепция оптимизации конструкционных параметров электромагнитных экранов с целью защиты чувствительного бортового оборудования космического аппарата от мощных электромагнитных помех в ближней зоне излучения. Цель оптимизации - подбор геометрических параметров экрана и материалов изготовления для достижения необходимой эффективности экранирования при наименьших экономических затратах. Описан метод моделирования источников электромагнитных помех в виде эквивалентных генераторов и излучаемых ими полей. Данный метод основан на использовании измерений напряженности поля от реальных бортовых приборов, что существенно повышает точность моделей. Представлен метод расчета электрической составляющей электромагнитного поля, генерируемого источником, в ближней зоне. Рассмотрен метод расчета электрического поля, проникающего сквозь экран. Представлен алгоритм получения исходных данных для оптимизации параметров экранов для мощных источников электромагнитных помех на борту космического аппарата.
Бесплатно
Космическая система оперативного мониторинга земной поверхности на базе малых космических аппаратов
Статья научная
В настоящей статье представлены основные результаты проектно - поисковых исследований по созданию космической системы оперативного мониторинга земной поверхности на базе малых космических аппаратов1 дистанционного зондирования Земли, обеспечивающей оперативное получение высокодетальных изображений земной поверхности с разрешением 0,7-1,0 м, захватом 20 км и точностью привязки получаемых изображений в плане 15 м с высоты орбиты ~300 км при массе космического аппарата ~200 кг с высокой периодичностью (не реже 1,0-1,5 ч). Указанные параметры соответствуют современному мировому уровню и вполне достижимы для отечественной промышленности.
Бесплатно
Криогенные пластичные смазки для ракетно-космической техники
Статья научная
В статье сформулированы требования к криогенным пластичным смазкам, применяемым в ракетно-космической технике. Представлены данные о смазках на основе перфторполиэфирной жидкости ФЭН. Предложены новые методы контроля смазок, позволяющие исследовать их химический состав и низко -температурные характеристики. Приведены результаты работы по исследованию аналогов ранее применявшихся криогенных смазок НИКА, НИРА и «Аметист». Практическая значимость работы подтверждена внедрением низкотемпературных смазок «Север», применяемых в настоящее время в изделиях ракетнокосмической техники, а также успешным использованием разработанных методов при входном контроле смазок в РКК «Энергия».
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
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
Статья научная
Задачи оценки риска повреждения космических аппаратов метеороидами и частицами космического мусора являются весьма актуальными. Вероятность неповреждения космического аппарата зависит от свойств элементов его конструкции и плотности потока сверхскоростных частиц. Влияние свойств элементов конструкции определяется их способностью противостоять высокоскоростному удару и описывается баллистическими предельными уравнениями. Настоящая статья представляет собой аналитический обзор работ (в основном зарубежных) по оценке плотности потока метеороидов на основе различных моделей метеороидной среды. Сформулированы общие требования, предъявляемые к экспериментальным данным, которые могут считаться приемлемыми для получения более общих зависимостей, пригодных для оценки плотности потока метеороидов. Сравнены величины плотности потока метеороидов, полученные по различным моделям, в т. ч. по модели, представленной в действующем отечественном стандарте. На основании анализа экспериментальных данных, накопленных к настоящему времени, предложена аналитическая зависимость для вычисления интегральной плотности потока метеороидов в окрестностях Земли.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлены результаты инициативных проектных проработок авторов по возможности создания для ракеты космического назначения сверхтяжёлого класса одноступенчатого кислородно-углеводородного разгоннотормозного блока (РТБ) с двумя жидкостными ракетными двигателями 11Д58М разработки РКК «Энергия», предназначенного для выведения пилотируемых кораблей на орбиту вокруг Луны, а также для выведения сверхтяжёлых аппаратов на геостационарную орбиту (в т. ч. по высокоапогейной схеме перелёта орбитального блока с использованием гравитационного поля Луны). Показано, что рассматриваемый одноступенчатый РТБ будет иметь ряд важных преимуществ как по сравнению с кислородно-водородным одноступенчатым РТБ, так и перед аналогичной по функциям двухступенчатой разгоннотормозной системой орбитального блока в виде тандемной связки кислородно -водородных разгонного и корректирующе-тормозного блоков. Для обеспечения запусков маршевой жидкостной ракетной двигательной установки РТБ предложен новый способ инерционного разделения фаз компонентов топлива в баках в условиях невесомости с помощью предпускового программного сепарирующего разворота орбитального блока относительно его поперечной оси инерции.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены определения и понятия сложной технической системы. Выделены ключевые особенности функционирования регенерационных систем жизнеобеспечения пилотируемых космических аппаратов, характеризующие их в качестве сложной технической системы. Разработаны критерии сложности, а также предложена система классификации регенерационных систем жизнеобеспечения по уровням сложности. Проведён анализ сложности регенерационных систем жизнеобеспечения на примере средств обеспечения газового состава как составной части этих систем. Отмечено, что при наличии одинаковых функций обеспечивающие их составные части могут относиться к различным уровням сложности, а, следовательно, значительно отличаться по срокам разработки и стоимости. Предложенная система классификации составных частей регенерационных систем жизнеобеспечения позволит однозначно определять уровень сложности вновь разрабатываемых агрегатов и систем на начальном этапе проектирования, а также проводить предварительную оценку сроков и стоимости их разработки, изготовления.
Бесплатно
Обеспечение отказоустойчивости пилотируемых транспортных кораблей "Союз МС"
Статья научная
Статья посвящена обеспечению безотказности пилотируемого транспортного корабля «Союз МС» и безопасности его экипажа, а также анализу обоснованности требований к отказоустойчивости, предъявленных к кораблю в рамках его участия в работах по Международной космической станции (МКС). Представлены анализ методов и результаты работ по обеспечению устойчивости к отказам кораблей «Союз» на этапах создания и последующей модернизации. Изложена концепция требований к отказоустойчивости, принятая при проектировании и разработке корабля «Союз МС», описаны модификации, проведённые на корабле для обеспечения выполнения этих требований. Рассмотрены задачи наземной экспериментальной отработки и заводских контрольно-проверочных испытаний по предотвращению отказов в полёте кораблей. Предложен подход к статистическому анализу замечаний и отказов, выявленных в процессе полёта корабля, позволяющий дать независимую оценку эффективности испытаний по предотвращению отказов в полёте. Представлены результаты статистического анализа замечаний и отказов, зарегистрированных при полётах кораблей «Союз» к МКС (всего 55 кораблей), на основе которых сделан вывод об обоснованности и достаточности предъявленных требований к отказоустойчивости.
Бесплатно
Ограничитель скорости выдвижения кольца упруго-адаптивного периферийного стыковочного механизма
Статья научная
Стыковочное кольцо упруго-адаптивного стыковочного механизма по сигналу первого контакта выдвигается пружинными механизмами штанг для улучшения условий сцепки. При этом оно достигает большой скорости, и на пассивный стыковочный интерфейс оказываются неприемлемые ударные нагрузки. В настоящей работе рассмотрены ограничитель скорости выдвижения стыковочного кольца, его аналитическая модель, краткая методика расчёта его параметров. Описаны упрощённая модель выдвижения кольца при первом контакте, способ определения коэффициента вязкостного трения шарико-винтового преобразователя стыковочного механизма, являющегося параметром модели. Приведены методика, результаты и сравнение моделирования выдвижения стыковочного кольца с предложенным замедлителем и без него. Показано, что при наличии ограничителя скорости выполняются требования Международного стандарта по импульсному нагружению пассивного интерфейса. Приведён приемлемый по массогабаритным параметрам вариант конструктивной реализации ограничителя скорости.
Бесплатно
