Авиационная и ракетно-космическая техника. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Повышение надежности негерметичного приборного отсека космического аппарата
Статья научная
Предлагаются подходы повышения надежности негерметичного приборного отсека (НГПО) космического аппарата (КА), основанные на улучшении защищенности аппаратуры от воздействия факторов космического пространства (ФКП) и факторов техногенного характера (ФТХ). Осуществлена математическая постановка задачи оптимизации конструктивно-компоновочной схемы НГПО в части взаимного расположения вентиляционных отверстий, поверхностей, критичных к загрязняющему воздействию, и стационарных плазменных двигателей.
Бесплатно
Статья научная
Представлены типы гироскопических измерителей вектора угловой скорости разработки и изготовления НИИ ПМ им. академика В. И. Кузнецова на базе динамически настраиваемого гироскопа (ДНГ) с газодинами- ческой опорой. Это два варианта конструкции малогабаритного гироскопического измерителя вектора угловой скорости (МБИС), предназначенного для системы ориентации космических аппаратов (КА), разраба- тываемых и изготавливаемых в АО «ИСС» им. академика М. Ф. Решетнева». Также представлен третий вариант конструкции МБИС, разрабатываемый для КА иностранного заказчика, в рамках разработки которого решалась задача по повышению стойкости к внешним механическим воздействиям модернизированного МБИС. Даны общие технические характеристики гироскопических приборов типа МБИС (габаритно-массовые па- раметры, точность измерения, количество измерительных осей, ресурс работы, энергопотребление и т. д.). Представлены преимущества и недостатки выбранного гироскопа (ДНГ) в качестве чувствительного элемента. Преимуществами являются средняя точность измерения при небольших габаритно-массовых характеристиках и при длительном ресурсе работы. Недостаток - необходимость применения системы амортизации в составе гироскопических приборов (типа МБИС), специальной системы, предназначенной для защиты чувствительных элементов от внешних механических нагрузок, действующих при выведении ра- кетой-носителем КА. Оригинальность и новизна представленных исследований заключается в их прикладном назначении. Иссле- дуется конструкция конкретного прибора. Решается задача по моделированию происходящих в приборе физи- ческих процессов, связанных с внешними возмущающими факторам. Полученные результаты использованы для обеспечения стойкости приборов типа МБИС к внешним механическим нагрузкам, действующим в процессе выведения КА на орбитальный участок полета. Изложены основные принципы обеспечения стойкости к данным воздействиям. Приведена упругая расчет- ная модель системы амортизации прибора, позволяющая подбирать ее вибродинамические параметры (резо- нансная частота и коэффициент передачи). Представлены теоретические результаты моделирования и кон- кретные практические результаты отработки МБИС при проведении вибродинамических испытаний. Теоретический и практический результат работы определяется обоснованными результатами работы системы амортизации в составе приборов типа МБИС, возможностью использования опыта данной работы при разработке новых приборов систем ориентации и навигации с повышенными показателями отказоустой- чивости, надежности и стойкости к внешним механическим воздействиям.
Бесплатно
Статья научная
Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), работающие по безгазаогенераторной схеме, применяются для верхних ступеней ракет-носителей и разгонных блоков. В двигателях такой схемы используется только криогенное топливо, обеспечивающее высокий удельный импульс тяги двигателя. Также отличительной особенностью является отсутствие газогенератора, продукты сгорания которого питают турбину основного турбонасосного агрегата. В безгазогенераторной же схеме ЖРД привод турбины осуществляется газообратным водородом, нагретым в тракте охлаждения. Поэтому высокие параметры ЖРД, такие как давление в камере сгорания, тяга двигателя и удельный импульс тяги зависят от эффективного теплосъема с огневой стенки камеры сгорания и интенсификации теплообмена в тракте охлаждения. Существуют ряд решений, позволяющих увеличить количество тепла, передаваемого хладагенту в межрубашечном пространстве. Поэтому поиск оптимальной схемы охлаждения и перспективных конструкторских решений по интенсификации теплообмена в тракте охлаждения двигателя позволит определить высокие параметры ЖРД. В данной статье рассматривается влияние на тепловое состояние камеры сгорания применение газовых ребер, установленных на огневую стенку двигателя. Газовые рёбра относятся к развитым поверхностям теплообмена и увеличивают площадь боковой поверхности камеры сгорания. При помощи разработанной математической модели охлаждения камеры безгазогенераторного ЖРД выявлены экстремумы по интенсификации теплообмена в тракте охлаждения. Также получены зависимости удельного импульса тяги двигателя от давления в камере сгорания и геометрических размеров двигателя.
Бесплатно
Повышение энергетической эффективности системы электропитания перспективных космических аппаратов
Статья научная
Актуальность проблем выработки и накопления энергии на борту космических аппаратов повышается очень быстро. При этом постоянно повышаются требования к космическим аппаратам: увеличение информационной пропускной способности и сроков активного существования, снижение времени разработки и изготовления, уменьшение стоимости спутников. Имеющиеся публикации по данной тематике носят обзорный характер или посвящены отдельным частным вопросам, таким как повышение эффективности солнечных батарей. Система генерирования электроэнергии - одна из важнейших бортовых систем космических аппаратов. Конструкция и характеристики системы во многом определяют конструктивный облик, срок активного существования спутника на орбите, его функциональные возможности, надежность, массогабаритные и экономические показатели. Масса бортовой системы электропитания отечественных спутников составляет до 25 % от массы, объема и стоимости космического аппарата. Выход из строя данной системы влечет за собой выход из строя всего аппарата. Представлен краткий обзор состояния современных систем электропитания космических аппаратов с позиции энергообеспечения и надежности. Рассмотрены факторы, влияющие на бесперебойное снабжение электроэнергией потребителей на борту аппарата. Анализируется состояние разработок по литий-ионным аккумуляторам в части улучшения их удельных характеристик, а также увеличения циклов заряда-разряда. Для повышения энерговооружённости космических аппаратов предложено устройство, включающее в себя химический и кинетический накопители энергии. Данный комбинированный накопитель совместно с системой электропитания спутника позволит поддержать необходимое электропитание бортовой аппаратуры и компенсировать пиковое потребление энергии на борту спутника. Описан принцип работы данной установки в режиме накопления энергии и в режиме отдачи ее в систему потребителям. Кинетическая энергия вращающихся масс с помощью вентильного электродвигателя, работающего в режиме генератора, и блоков электроники преобразуется в электрическую энергию.
Бесплатно
Повышение эффективности газораспределения в ускорительном канале электрореактивного двигателя
Статья научная
Представлены результаты исследований влияния способов подачи газа в полость разрядной камеры на основные параметры и характеристики электрореактивных двигателей (ЭРД). Повышение эффективности работы ЭРД достигается за счет, во-первых, дополнительного распределения газа по глубине разрядной камеры путем приближения каналов впрыска газа непосредственно к входу в зону ионизации, и, во-вторых, ориентации каналов впрыска газа таким образом, чтобы подаваемый газ преимущественно подавался вдоль входа в зону ионизации. Испытания проводились на моделях различного типоразмера в диапазоне рабочих мощностей от 100 Вт до 2,3 кВт, включая режимы работы при высоких разрядных напряжениях.
Бесплатно
Повышение эффективности имитаторов солнечного излучения
Статья научная
ассмотрены вопросы имитации теплового излучения Солнца в процессе тепловакуумной отработки КА и составных частей, дана оценка факторов, влияющих на качество и КПД имитирующих установок. Указаны направления повышения эффективности имитаторов солнечного излучения.
Бесплатно
Повышение эффективности многофункциональных электрических ракетных двигателей
Статья научная
В настоящее время является актуальным создание многофункциональных электрических ракетных двигателей (ЭРД), работающих на нескольких режимах, обеспечивающих требуемую удельную тягу, удельный импульс и энергетическую эффективность. Обеспечить указанные параметры можно при работе в импульсно-детонационном, импульсно-пульсирующем или в электрореактивном режиме. Важным при таком подходе является электроэнергетический процесс. Снижение затрат электроэнергии на ионизацию электрическим разрядом продуктов сгорания топлива, образование и ускорение плазмы на различных режимах ЭРД требует разработки новых эффективных технических решений. Одним из таких решений является повышение энергоэффективности в известном способе создания электрореактивной тяги, заключающемся в формировании потока продуктов сгорания углеводородного, химического или ядерного топлива, движущегося с заданной скоростью в магнитном поле, вектор индукции которого ортогонален вектору скорости продуктов сгорания, путем разделения потока продуктов сгорания на пучки катионов и пучок электронов. Энергию пучка электронов преобразовывают в дополнительную электрическую мощность, направляемую на ускорение, изменение скорости пучка катионов, который создает реактивную силу, пропорциональную кинетической энергии ускоренного пучка. Воздействуя на пучок катионов импульсным электромагнитным полем с требуемой рабочей частотой, можно создавать периодически импульсные детонационные волны и работу ЭРД в импульсно-детонационном или импульсно-пульсирующем режимах. Пучки катионов за срезом сопла можно нейтрализовать путем рекуперации их энергии в электростатическое электричество и электрическую мощность. Предложенный способ и модель могут повысить КПД системы электропитания, экономят топливо и другие расходные материалы, увеличивают коэффициент полезной нагрузки, радиус действия и срок жизни летательного аппарата.
Бесплатно
Статья научная
Переход к более глобальным системам аэронавигации обусловлен ограничениями, накладываемыми наземными средствами определения местоположения. Причиной перехода стала ограниченность в территориальном применении наземных средств и возникающие ошибки при определении координат объекта из-за многократного отражения радиоволн. Создание спутниковых навигационных систем GPS и ГЛОНАСС стало следствием попыток сделать единое радионавигационное поле, доступное на всей площади земного шара. Подобную задачу решить наземными комплексами затруднительно, так как затраты на размещение и обслуживание будут недопустимо высокими. Системы ГЛОНАСС и GPS имеют минимальную ошибку определения местоположения на территории РФ только при совместном использовании. Для гражданских нужд у спутников GPS выделен канал, в котором ошибка определения координат намеренно увеличена. В системе ГЛОНАСС неточность обусловлена естественными источниками ошибок, однако степень покрытия затрудняет использование сигналов только этих спутников. Была поставлена задача при минимальных изменениях в бортовой аппаратуре воздушного судна повысить эффективность его мониторинга с земли. Предлагается использовать группировку низкоорбитальных спутников Iridium для передачи данных о местоположении воздушного судна на диспетчерский пункт, расположенный на земле. Передача данных возможна как с использованием GSM-связи через наземные станции, так и с помощью межспутниковых линий связи. Спутники связи Iridium имеют полный охват земной поверхности, что делает возможным проводить мониторинг воздушных судов в труднодоступных районах. В РФ таковыми являются приполярные районы. Авторами работы разработана схема мониторинга, в которой на борту размещается устройство терминальное программируемое типа УТП, принимающее сигналы спутников навигации и через спутники связи передающее данные о местоположении объекта в диспетчерский пункт. На диспетчерском пункте ведется анализ полученных координат и построение траектории полёта объекта.
Бесплатно
Статья научная
На кафедре замкнутых экологических систем Сибирского государственного университета науки и техно- логий имени академика М. Ф. Решетнева совместно с Институтом биофизики Сибирского отделения Россий- ской академии наук ведутся разработки искусственного высокопроизводительного физико-химического звена редуцентов для биолого-технических систем жизнеобеспечения космического назначения, в частности, для готовящегося эксперимента БИОС-4 с экипажем из 3 человек. Физико-химическая переработка отходов тре- буется из-за неприемлемости для вывода на орбиту очень больших буферных емкостей, а значит, и масс - многих естественных составляющих биологических звеньев переработки отходов. Подсистема физико- химических реакторов для переработки органических отходов в удобрения для выращивания культурных рас- тений на гидропонике периодически совершенствуется. Параллельно разрабатываются различные варианты подобных функциональных звеньев с различными характеристиками. Рассматривается подсистема физико- химических реакторов переработки отходов в биолого-технической системе жизнеобеспечения БИОС-4. Целью статьи является обзор текущего состояния особенностей разработки технологий переработки отхо- дов с использованием подсистемы физико-химических реакторов на основе метода «мокрого сжигания», а также ее автоматизации и компьютерного мониторинга параметров протекания процесса. Рассматри- ваемая установка для переработки органических отходов в удобрения применительно к замкнутым экосисте- мам космического назначения состоит из подсистемы реакторов «мокрого сжигания», разложения мочевины и синтеза H2O2. Авторы разрабатывают единый интерфейс сбора данных о параметрах работы вышеназван- ных реакторов и систему автоматического управления ими. Представлены технические детали протекаю- щих, разрабатываемых и проектируемых процессов переработки отходов. Дано целостное представление о звене физико-химической переработки отходов на экспериментальном стенде БИОС-4 сегодня. К настоя- щему моменту представлены действующие установки либо концептуальные решения для их разработки, включая автоматизацию. Для всех основных звеньев технологической подсистемы переработки отходов при- менительно к биолого-техническим системам жизнеобеспечения космического назначения ведется их опти- мизация и экспериментальная проверка.
Бесплатно
Построение многофункциональной электрореактивной двигательной подсистемы космического аппарата
Статья научная
Распространенным способом формирования электрореактивной двигательной подсистемы космического аппарата является создание специализированного оборудования или подбор наиболее подходящего из уже готового. Однако нередки случаи, когда применение имеющегося оборудования недостаточно оптимально и приводит к неоправданному увеличению массы подсистемы. Поэтому представляет интерес вопрос о возможности создания некоторого минимального набора оборудования, из которого можно было бы оптимальным образом формировать двигательные подсистемы. Представлен набор задач, варианты использования и возможные схемы размещения двигателей коррекции орбиты на космическом аппарате. Перечень необходимых элементов электрореактивной двигательной подсистемы представлен следующим образом: блок коррекции, бак, блок подачи рабочего тела, система преобразования и управления, состоящая из отдельно выполненного силового блока и коммутационных блоков, комплект кабелей и трубопроводов, программное обеспечение и приводные механизмы для управления вектором тяги двигателей (как опция). Определена необходимая вместимость баков рабочего тела для задачи коррекции и довыведения спутника на геостационарную орбиту при использовании высокоимпульсного холловского двигателя: до 100 кг для задач коррекции орбиты, до 200 кг для задач довыведения и коррекции. С учетом схемы размещения двигателей на корпусе космического аппарата определены требуемые углы прокачки для механизмов управления вектором тяги двигателей. Показано, что в случаях, когда для увеличения суммарной тяги требуется применять два и более двигателя, в весовом отношении выгоднее применять вместо моноблочных систем преобразования и управления комбинацию из силовых и коммутационных блоков, причем преимущество может достигать десятков килограммов. При условии создания перечисленного набора функциональных блоков предложенная концепция позволит легко формировать двигательные подсистемы космических аппаратов для решения достаточно широкого круга задач. Это позволит снизить затраты времени и средств на создание двигательных подсистем для новых космических аппаратов. (Русскоязычная версия представлена по адресу https://vestnik.sibsau.ru/articles/?id=677)
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена потенциальная помехоустойчивость навигационной аппаратуры потребителя спутниковых радионавигационных систем, приведены результаты экспериментальных исследований помехоустойчивости. Приведен вариант фазированной антенной решетки с направленными антеннами.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрена возможность использования интегральных функций распределения вероятностей отказа агрегатов в расчетах надежности сложных систем. Показана неправомерность замены вероятностей событий на интегральные функции распределения вероятностей при использовании теоремы умножения вероятностей в расчетах надежности сложных систем
Бесплатно
Практическое применение математических моделей при обработке полетной информации
Статья научная
Представлен метод использования данных бортового самописца, фиксирующего параметры движения воздушного судна, с целью получения требуемой информации, содержащейся в этих данных в неявном виде. Предложен оригинальный способ совмещения математической модели и полетных данных. Описаны математические приемы, применяемые в процессе идентификации. Дана оценка точности предлагаемой методики.
Бесплатно
Статья научная
В связи с увеличением спроса на космические аппараты, способные при сравнительно малой стартовой массе выводиться на геостационарную орбиту с помощью ракет-носителей, не оборудованных разгонными блоками, а также тенденцией использования ракет среднего класса для группового запуска геостационарных спутников, мировые разработчики космических аппаратов стремятся сократить запасы топлива для апогей-ного манёвра, заменяя привычные двухкомпонентные химические двигатели электрореактивными либо комбинируя их. Однако предлагаемые схемы полностью электрореактивных систем реактивного движения имеют явные недостатки, обусловленные необходимостью поиска компромисса между высоким электропотреблением электростатических или электромагнитных двигателей и низким удельным импульсом электронагревных двигателей, а также сложностями, связанными с длительным нахождением космического аппарата в зоне радиационных поясов Земли при его переводе с переходной на рабочую орбиту с помощью электрореактивных двигателей, что отрицательно сказывается на его надёжности и ухудшает массовую эффективность аппаратуры космического аппарата. Рассмотрены различные концепции полностью электрореактивных платформ для космических аппаратов на геостационарной орбите и проведён сравнительный анализ этих концепций с существующей комбинированной схемой, применяемой для космических аппаратов разработки ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва». Обосновано конкурентное преимущество комбинированной системы реактивного движения производства ОАО «ИСС» перед перспективными полностью электрореактивными системами реактивного движения. Однако в связи с невозможностью использовать для запуска спутников, оборудованных комбинированной системой реактивного движения разработки ОАО «ИСС», на геостационарную орбиту с помощью зарубежных ракет-носителей, не оснащённых разгонными блоками, возникает необходимость применять в составе космического аппарата апогейную установку, способную обеспечить подъём перигея переходной орбиты до высоты, исключающей попадание космического аппарата в зону радиационных поясов Земли. Приведены возможные массовые характеристики космического аппарата среднего класса, использующего электрореактивную схему довыведения и совместимого с зарубежными ракетами-носителями. Определены основные направления развития систем полностью электрореактивного движения, связанные, в первую очередь, с используемыми схемами перевода космических аппаратов с переходной орбиты на геостационарную орбиту.
Бесплатно
Привод из материала с эффектом памяти формы для трансформируемых космических конструкций
Статья научная
Рансформируемые конструкции представляют собой особый класс больших космических систем. Они доставляются на орбиту в плотно упакованном состоянии. При достижении необходимых параметров орбиты осуществляется их раскрытие или трансформация. Форма трансформируемой конструкции жестко фиксируется по завершении процесса трансформации, при этом нагрузки на её составные элементы носят ударный характер. Усложнение конструктивных схем и габаритов современных трансформируемых космических систем вследствие повышения их эксплуатационных функциональных возможностей приводит к необходимости совершенствования их массовых характеристик. Так, к настоящему времени за рубежом и в нашей стране проработано много вариантов трансформируемых конструкций космических антенн, отношение массы зеркал которых к их площадям снизилось до 0,5-1,5 кг/м2. Дальнейшее совершенствование массовых характеристик трансформируемых космических конструкций возможно с использованием материалов с эффектом памяти формы для создания приводов, обеспечивающих управляемое безударное их раскрытие из транспортного состояния в рабочее положение. В предлагаемом силовом приводе с эффектом памяти формы применен активный элемент в виде проволоки, изготовленной из материала никелида титана, нагреваемого в процессе работы путем пропускания через него электрического тока. Экспериментально-теоретические исследования модели привода из материала никелида титана подтвердили принципиальную возможность его использования для развертывания перспективных космических трансформируемых конструкций. В процессе проведения испытаний были определены основные характеристики модели привода, а именно усилие срабатывания, рабочий ход и время срабатывания.
Бесплатно
Приемник сигналов с минимальной частотной модуляцией
Статья научная
Рассмотрены последовательная и параллельная схемы приемника сигналов с минимальной частотной модуляцией на основе оптимальных методов. Исследованы погрешности устройства при измерении амплитуды и фазового сдвига
Бесплатно
Статья научная
Описаны способ и устройство для микропрограммной отработки и испытаний радиоэлектронной аппаратуры, основанные на эмуляции логики функционирования объекта испытаний в программируемых логических интегральных схемах. Рассмотрены способы программной и аппаратной имитации отсутствующих составляющих процесса испытаний. Исследованы особенности разработки бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов с применением технологий имитации аппаратуры. Описан подход к разработке программного обеспечения для поддержки процесса автоматизации отработки и испытаний составляющих космических аппаратов. Предложен инновационный метод мутационного тестирования радиоэлектронной аппаратуры с применением моделирования на основе программируемых логических интегральных схем и языков описания аппаратуры.
Бесплатно
Применение баз аэронавигационных данных на воздушных судах гражданской авиации
Статья научная
Рассматривается назначение баз аэронавигационных данных. Приводятся их характеристика и типы. Приведены также варианты и необходимость обновления баз аэронавигационных данных. Отмечены проблемы, связанные с использованием спутниковых навигационных систем, а также возможность их решения при усовершенствовании эксплуатационных характеристик вспомогательного оборудования.
Бесплатно
Статья научная
Последнее время возросла актуальность задачи довыведения спутников на целевую орбиту бортовой электрореактивной двигательной подсистемой. Теоретический анализ и имевшаяся практика показали, что операция довыведения на геостационарную орбиту (ГСО) с некоей промежуточной орбиты выполнима, однако требует определенного времени, так как тяга бортовых электрореактивных двигателей (ЭРД) мала (40-300 мН) и несопоставима с тягой жидкостных двигателей апогейных двигательных установок (22-400 Н). Вследствие малой тяги ЭРД операция довыведения растянута по времени. Однако эффект в части увеличения массы, выводимой на ГСО, может перевешивать отрицательный эффект от увеличения времени введения спутника в эксплуатацию. Расчеты показали, что дополнительная масса спутника на ГСО может составить до нескольких сотен килограммов при времени довыведения порядка 6 месяцев. В частности, при массе космического аппарата (КА) не более 2500 кг становится возможным парный запуск существующими средствами выведения. С учетом положительного опыта, полученного ранее на КА «Экспресс-АМ5» и «Экспресс-АМ6», проектирование в АО «ИСС» спутников «Экспресс-80», «Экспресс-103» проводилось с расчетом на выполнение операции довыведения. Это дало возможность осуществить парный запуск одной ракетой-носителем типа «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» и снизить затраты на запуск вдвое. Для увеличения тяги на этапе довыведения и сокращения его продолжительности была предусмотрена парная работа двигателей в режиме повышенной тяги. Суммарный эффект от применения операции довыведения в части увеличения массы КА на конечной орбите составил более 700 кг при длительности маневра до 158 сут. Полученный опыт позволяет при необходимости осуществлять парные запуски КА повышенной массы с довыведением на ГСО собственными двигателями в приемлемые сроки.
Бесплатно
Применение и перспективы развития нанотехнологий
Статья научная
Описано современное состояние и перспективы развития нанотехнолий, а также применение нанопорошков высокопрочных тугоплавких химических соединений для повышения физико-механических характеристик и эксплуатационных изделий, изготовляемых из различных металлов и сплавов различными методами.
Бесплатно
