Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Статья научная
В данной работе рассмотрена методика расчета системы обезвешивания элементов космических аппаратов при их наземных испытаниях с учетом вариантов раскрытия, условий обезвешивания, типов и вариантов исполнения систем обезвешивания. Приведен пример расчета для 3-секционной солнечной батареи без балки с неполным обезвешиванием и с минимизацией моментов в шарнирах. В качестве алгоритма определения параметров системы обезвешивания, позволяющих получить минимальные моменты в шарнирах, использованы генетические алгоритмы. Произведена проверка моментов и сил, действующих в системе с помощью построения эпюр в развернутом состоянии. Кроме того, выполнена проверка на соблюдение заданного расстояния, исходя из конструкторских ограничений, между точками приложения сил обезвешивания.
Бесплатно
Статья научная
Проектирование космического аппарата на начальных этапах осуществляется при наличии неопределенностей по параметрам и условиям. Определение проектных параметров происходит пошагово: определение номинальных значений проектных параметров, нормирование запасов ресурсов (масса, объем, энергопотребление) по проектным параметрам на парирование неопределенностей, проектирование космического аппарата на предельные ресурсы. Эксплуатация космического аппарата с включенной электрической нагрузкой содержит несколько этапов: выведение на целевую орбиту, ввод в штатную эксплуатацию, штатную эксплуатацию по целевому назначению, выведение из целевого использования при возникновении аварийных ситуаций. Система электропитания предназначена для обеспечения бесперебойного автономного электроснабжения бортовой аппаратуры во всех режимах и на всех этапах в течение срока активного существования космического аппарата с учетом наличия теневых участков орбиты от Земли и Луны. В данной статье разработаны методические принципы проектирования космического аппарата на предельное энергообеспечение полезной нагрузки при наличии неопределенностей по параметрам и условиям. Разработаны математические модели расчета параметров энергобаланса космического аппарата для различных вариантов реализации мощности сеансной нагрузки в зависимости от уровня освещенности орбиты и срока функционирования космического аппарата. Проведены оценки эффективности использования методических принципов проектирования космического аппарата на предельное энергообеспечение полезной нагрузки в зависимости от уровня освещенности орбиты и срока функционирования космического аппарата. Разработана методика нормирования запасов по энергоресурсам космического аппарата на парирование неопределенностей по параметрам и условиям, а также принципы ее применения при проектировании космического аппарата на предельное энергообеспечение полезной нагрузки.
Бесплатно
Методические принципы формирования ряда унифицированных космических платформ спутников связи
Статья научная
В данной статье сформулирована актуальная проблема формализации методических принципов поиска компромисса между повторяемостью и изменяемостью (новизной) свойств новых образцов космической техники - спутников связи. Основными методическими принципами преемственности развития является унификация изделий и их составных частей, средств технологического оснащения и технологических процессов, которая позволяет уменьшить их многообразие и номенклатуру. Упорядочение номенклатуры изделий и их составных частей достигается разработкой параметрических и типоразмерных рядов с рационально выбранными интервалами между соседними членами ряда по комплексному критерию, связывающему показатель целевой эффективности изделия с затратами на его создание. В данной работе разработана проектная модель и определены критерии выбора типоразмера универсальной космической платформы. При проектировании нового КА на основе унифицированной космической платформы возникает необходимость ее доработки для удовлетворения потребностей новой полезной нагрузки в ресурсах (по массе и энергопотреблению). В статье изложены методические принципы оценки диапазона эффективного применения универсальной космической платформы для двух крайних случаев потребностей в ресурсах (по массе и энергопотреблению) полезной нагрузки: ресурсы платформы избыточны или недостаточны. Разработаны методические принципы формирования ряда унифицированных космических платформ. Используя методические принципы формирования ряда унифицированных космических платформ, проведена оценки диапазонов эффективности УКП и оценка полноты ряда геостационарных спутников связи разработки АО «ИСС».
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается методический подход к реализации проекта и предлагается методика экспертизы инвестиционных проектов на основе показателей приоритетно-целевой направленности. Данная методика позволяет оценить инвестиционный проект с помощью набора качественных и количественных показателей денежной и не денежной природы, отражающих специфику проекта, формируя интегрированный показатель реализуемости многоуровневой сверткой, используя метод экспертных оценок.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено системное влияние дополнительной полезной нагрузки на функционирование космического аппарата (КА). Определен состав математической модели для оценки этого влияния. Приведены показатели стойкости КА и используемые допущения.
Бесплатно
Методологические особенности расчетов надежности функциональных систем самолетов гражданской авиации
Статья научная
Рассмотрены методические противоречия в расчетах надежности сложных систем, обусловленные проявлением центральной предельной теоремы теории вероятностей, приводящим к реализации нормального распределения вероятности отказа в системах со стационарными параметрами потока отказов агрегатов.
Бесплатно
Статья научная
Представлена методология обеспечения стойкости бортовой аппаратуры и космического аппарата (КА) в целом к воздействию плазмы, формируемой стационарными плазменными двигателями (СПД). Разработан алгоритм организационно-техническихмероприятий, позволяющий минимизировать негативное воздействие плазмы СПД, который прошел практическую апробацию на всех стадиях создания КА и показал свою эффективность в проектах реализуемыхНаучно-производственным объединением прикладной механики имени академика М. Ф. Решетнева.
Бесплатно
Статья научная
В процессе конструкторской отработки жидкостных ракетных двигателей малой тяги большое внимание уделяется вопросам методологии стендовых испытаний, техническому оснащению стендов, имитирующих воздействие физических условий космического пространства, а также применению диагностических методов и аппаратуры для проведения различных физических исследований и измерений. Эффективность наземной (стендовой) отработки обеспечивается имитацией условий натурных испытаний и учетом влияния всех эксплуатационных факторов, воздействующих на достоверность оценки показателей надежности при конструкторской отработке в наземных условиях. Особое место в вопросах достижения эффективности испытаний занимают требования по обеспечению точности и достоверности результатов испытаний. Значительный объем испытаний при отработке двигателей проводится в условиях требуемого вакуума на стендах, оборудованных барокамерами с вакуумными системами. Для оценки надежности систем стенда для огневых испытаний ракетных двигателей необходимо учитывать влияние отказов элементов на качество функционирования и выходной эффект каждой системы, поэтому заданные условия испытаний должны однозначно определять технические характеристики испытательных стендов. Рассмотрены методы обеспечения динамического подобия характеристик систем питания двигателя компонентами топлива на стенде и в составе двигательной установки космического аппарата, в том числе соответствие гидравлических, инерционных и волновых характеристик магистралей. Проведен анализ погрешностей результатов испытаний. Сформулированы задачи методики расчета инструментальных погрешностей. Проведена оценка частотных характеристик стендовых гидравлических магистралей. Разработаны рекомендации по повышению точности измерения параметров при проведении стендовых огневых испытаний ЖРД малой тяги.
Бесплатно
Методы CFD моделирования кавитации в центробежных и осевых насосах жидкостных ракетных двигателей
Статья научная
В настоящее время к проектированию и производству жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) предъявляются все большие требования по обеспечению надежности. В соответствии с этим повышаются требования по проектированию и изготовлению агрегатов ЖРД. Одним из таких агрегатов является турбонасосный агрегат (ТНА), обеспечивающий непрерывную подачу жидких компонентов реакции горения в камеру сгорания ракетного двигателя для создания тяги или в другие агрегаты двигателя. Также ТНА является основным источником повышения давления данных жидких компонентов перед камерой сгорания ЖРД. К ТНА предъявляются важные требования по обеспечению работоспособности основных параметров при заданном ресурсе с необходимыми возможными паузами установленной продолжительности; подачи компонентов топлива требуемого расхода и давления на всех режимах работы двигателя; высокой степени надежности с приемлемым КПД всего агрегата; высоким антикавитационным характеристикам насоса на всех режимах. В данной статье авторы обобщают последние результаты исследования кавитации в турбонасосных агрегатах ЖРД, а также применимые к ним исследования в области гидравлики. Рассмотрены проблемы кавитации в криогенных жидкостях, моделирование срывной характеристики, применение различных моделей к моделированию кавитационного потока. Решение данных проблем моделирования течения рассматривалось относительно применяемости к следующим элементам конструкции агрегатов ЖРД: межлопаточного пространства шнекоцентробежного основного и бустерных насосов, осевого преднасоса. Особое внимание уделено реализации различных численных методов, основанных на использовании различных моделей кавитации, вычислительной гидрогазодинамики в различных CFD пакетах, а также сравнении результатов с модельными. Авторы делают выводы о возможности применения данных методов к решению вопросов исследования явления кавитации в ЖРД.
Бесплатно
Механизм телескопического выдвижения звеньев спицы рефлектора и штанг
Статья научная
Для раскрытия спиц, являющихся несущими и формообразующими элементами крупногабаритного трансформируемого рефлектора диаметром 48 м, предназначенного для эксплуатации в условиях ГСО, необходим механизм телескопического выдвижения звеньев. Важнейшими требованиями к нему являются следующие: вес не более семи килограммов, энергопотребление ( ) В, передвижение вдоль продольной оси спицы на расстояние более восьми метров и осевое усилие не менее 2000 Н. Представлены результаты по разработке и созданию нового механизма телескопического выдвижения звеньев спиц для крупногабаритного трансформируемого рефлектора, приведены описание устройства механизма выдвижения, принцип его работы и результаты испытаний в промышленных условиях в АО «ИСС». Принцип действия механизма заключается в обкатке двух дисков по винтовой линии на внутренней поверхности неподвижного звена спицы. Зацепление обеспечивается сопряжением профилированных пальцев, закреплённых на дисках, со втулками, установленными на неподвижном звене спицы. КТИ НП по заказу АО «ИСС» разработан и изготовлен механизм телескопического выдвижения звеньев спиц рефлектора диаметром 48 м, который успешно прошел производственные испытания на этом предприятии. Технические характеристики и результаты проведённых испытаний механизма телескопического выдвижения спиц рефлектора и штанг в составе спиц демонстрируют, что разработанный механизм телескопического выдвижения звеньев спицы рефлектора и штанг полностью удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям. Разработанный оригинальный механизм телескопического выдвижения звеньев спицы рефлектора и штанг является высоконадёжным, имеет хорошие массогабаритные показатели (масса механизма меньше 7 кг). Механизм выдвижения реализует значительные усилия (при испытаниях фиксировались усилия 200 кгс) в осевом направлении без создания значительных усилий в радиальном направлении, он допускает многократно реверсивное движение звеньев без регулировок и настроек. В конструкции механизма выдвижения на всех этапах раскрытия спицы используется один электрический двигатель. Созданный механизм выдвижения может быть применён для любых телескопических систем. Он может использоваться как средство перемещения различных устройств в длинных (практически неограниченной длины) трубопроводах.
Бесплатно
Механизм управляемой телеметрии космического аппарата
Статья научная
Обосновывается запросный механизм получения телеметрической информации с борта космического аппарата, анализируются преимущества данного подхода, для его технического обеспечения рассматривается возможность создания аппаратного хранилища телеметрии.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены возможные механизмы воздействия низкотемпературной плазмы, формируемой при работе электроракетных двигателей, на бортовую аппаратуру космических аппаратов. Показано, что имеется, по крайней мере, три таких механизма: образование токов утечки, объемный разряд и поверхностный дуговой пробой. Отмечается, что только в первом и втором случаях параметры плазмы могут оказывать влияние на величину разрядных токов. В третьем случае плазма играет роль инициатора разряда и не оказывает заметного влияния на его характеристики. В объемном и поверхностном пробоях амплитуда тока может изменяться от десятков миллиампер до единиц ампер, что представляет реальную угрозу для бортовой аппаратуры.
Бесплатно
Микроэлектронные системы управления исполнительной автоматикой перспективных космических аппаратов
Статья научная
Изложены результаты анализа основных проблемных направлений, возникающих при проектировании электронных систем управления исполнительной автоматикой перспективных космических аппаратов. Рассмотрены методы и решения известных проблем технологического и алгоритмического планов, а так же системной организации проектируемых комплексов управления. Предложен интегрированный подход к системной организации бортовых устройств управления, базирующийся на применении в качестве центральных управляющих систем однокристальных, микропроцессорных вычислительных комплексов высокой надежности с динамически реконфигурируемой архитектурой в цифровой части. Рассмотрен пример организации и реализации модуля управления шаговым двигателем для системы раскрытия антенны в рабочее положение, выделены основные достоинства предлагаемого подхода на примере конкретной реализации.
Бесплатно
Миниатюрные антенны для малых космических аппаратов Cubesat
Статья научная
В настоящее время наблюдается активный процесс миниатюризации всей космической техники, включая бортовые системы и комплексы. Бортовые антенно-фидерные устройства также затронул процесс миниа- тюризации. Учитывая специфику бортовых антенн, появляется актуальная, современная задача по разработ- ке малогабаритной, невыступающей, надёжной, простой и высокотехнологичной антенной системы малых космических аппаратов. Цель данной статьи заключается в возможности показать преимущества применения микрополосковых (печатных) антенн, изготовленных с помощью печатных технологий, для решения задачи по проектированию малогабаритной, невыступающей бортовой антенной системы малых космических аппаратов. Данный тип антенн обладает малой массой и объёмом, низкой стоимостью, простой и надёжной конструкцией и т. д. Рассмотрен вариант построения бортовой антенной системы для применения на сверхмалом космическом аппарате CubeSat. Представлены основные типы конструкции данных космических аппаратов. Предложены и подробно представлены конструкция разработанной антенны и применяемый материал в качестве диэлектрика подложки. Подобный подход позволил уменьшить габариты бортовой антенны в 2-2,5 раза по сравнению с существующими аналогами. С помощью системы автоматизированного проектирования было осуществлено электродинамическое мо- делирование. Показаны результаты разработки модели микрополосковой (печатной) антенны дециметрового диапазона с помощью метода конечных элементов. Получены и оценены основные параметры модели, такие как коэффициент стоячей волны, диаграмма направленности и усиление. Также показано влияние корпуса сверхмалого космического аппарата CubeSat на указанные параметры. Затем осуществлено макетирование бортовой микрополосковой (печатной) антенны. Измерения проводи- лись с помощью метода эталонной антенны в АО «НИИЭМ». Результаты измерения коэффициента стоячей волны, диаграммы направленности и усиления приведены в статье. Показано хорошее совпадение результа- тов, полученных в ходе моделирования и макетирования. Таким образом, предложена и разработана малогабаритная, невыступающая бортовая антенна децимет- рового диапазона для сверхмалого космического аппарата CubeSat.
Бесплатно
Многоголовый звездный датчик 348К. Результаты наземной экспериментальной отработки
Статья научная
Рассмотрен многоголовый звездный датчик 348К, разработка которого завершилась в ОАО «НПП «Геофизика-Космос» в 2013 году. Даны описание конструкции, состав и основные характеристики прибора. Из особенностей конструкции стоит выделить монолитный корпус объектива, реализующий одновременно и посадочную плоскость. Также в приборе 348К применена специальная система - канал геометрического эталона, которая является нерасстраиваемой оптической системой и формирует на фотоприемной матрице шесть изображений для автономной оценки и компенсации систематических погрешностей определения ориентации, вызванных термомеханическими воздействиями. Приведена укрупненная программа наземной экспериментальной отработки (НЭО) и подробности наиболее важных испытаний. При испытаниях прибора 348К впервые была внедрена проверка погрешностей в условиях подвижного основания. Испытания на воздействие протонов с энергиями 50, 100 и 200 МэВ под различными углами падения на фотоприемную матрицу (ФПМ) проводились с целью количественной и качественной оценки влияния падающих протонов на изображение. По результатам анализа возникающих устойчивых дефектных пикселей на ФМП было определено, что наибольший прирост дефектов возникает при энергии 200 МэВ. В ходе натурных испытаний были проведены измерения времени построения начальной ориентации. По результатам натурных испытаний были оценены случайные составляющие погрешностей определения ориентации одним блоком оптическим (БО) и двумя БО за 15 мин работы. Задачей натурных испытаний являлось подтверждение работоспособности прибора по реальным звездам, т. е. подтверждение правильности выбранных алгоритмических решений, а также методов обеспечения точности и чувствительности. Вся программа НЭО была выполнена успешно, результаты всех испытаний положительные. По результатам испытаний был выпущен итоговый отчет о НЭО. После проведения наземных испытаний первого штатного прибора 348К в составе космического аппарата было получено заключение о допуске к летным испытаниям, начало которых состоялось в 2014 году. По первой телеметрической информации видно, что прибор 348К работает и функционирует нормально, выдаёт кватернион ориентации и следит за звёздами в штатном режиме.
Бесплатно
Мобильная система имитации невесомости для крупногабаритных космических аппаратов
Статья научная
Исследуется проблема возможности создания системы имитации невесомости в наземных условиях для крупногабаритных космических аппаратов. Предлагается упрощение и унификация конструкции системы имитации невесомости для подвижных элементов трансформируемых механизмов КА за счет блока управления на основе компьютера и микроконтроллера, соответствующего ПО и необходимого количество модулей обезвешивания. Предлагаемая система имитации невесомости не ограничивает зону проведения монтажносборочных работ с космическим аппаратом, т. е. может быть расположена в цехах, оборудованных подвесными кранами или кран-балками, не создавая помех для их работы, т. е. может монтироваться по месту на стенах, потолке и в сложенном состоянии не занимать рабочее пространство над космическим аппаратом. Система имитации невесомости позволяет обезвешивать элементы конструкции, имеющие разную скорость движения, и преодолевать сложные траектории движения в процессе раскрытия, таким образом, имеется возможность постоянно удерживать весь объект в целом в обезвешенном состоянии. Кроме того, система имитации невесомости позволяет снимать весовые характеристики (посредством весоизмерительной ячейки) при наземных испытаниях - экспериментальном уточнении параметров при физической отработке механизмов раскрытия антенных систем космического аппарата. Данные впоследствии используются для более качественной имитации невесомости при раскрытии антенных систем космического аппарата. Дается обоснование перспективности применения данной системы имитации невесомости, указываются её преимущества по сравнению с другими системами имитации невесомости.
Бесплатно
Статья обзорная
Рассматривается компьютерное моделирование крупногабаритного трансформируемого рефлектора КА надувного типа, основанного на постановке задачи механики деформируемого твердого тела.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты моделирования и апробирования на аппаратном отладочном устройстве модели бортового компьютера для малых и сверхмалых космических аппаратов, созданной на основе открытых IP-блоков.
Бесплатно
Моделирование взаимодействия звеньев волновых зубчатых передач
Статья научная
Рассмотрено моделирование контактного взаимодействия зубьев волновой зубчатой передачи с коротким гибким колесом. Показано влияние рабочей нагрузки на характер контактного взаимодействия зубьев.
Бесплатно
Моделирование движения спутника в топоцентрической системе координат
Статья научная
Рассмотрена задача определения координатно-временной зависимости местоположения искусственных спутников Земли относительно топоцентрической системы координат. Проведен обзор и анализ факторов, влияющих на погрешность определения координат.
Бесплатно
