Русский
На главную Написать письмо Контакты Карта сайта

Аннотации

№ 3(18) июль-сентябрь 2017

Журнал "Космическая техника и технологии"
№ 3(18), 2017

 

Содержание номера

АЭРОДИНАМИКА И ПРОЦЕССЫ ТЕПЛООБМЕНА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Дядькин А.А., Костюк В.К., Крылов А.Н., Еремин В.В., Казаков М.Н., Михалин В.А., Строилов А.В.
Численное и экспериментальное определение аэродинамических характеристик отделяемого головного блока системы аварийного спасения пилотируемого транспортного корабля нового поколения

При создании пилотируемых транспортных кораблей важнейшей задачей является обеспечение безопасности экипажа в случае аварии ракеты-носителя на участке выведения. С целью спасения экипажа в нештатных ситуациях создаются системы аварийного спасения, которые предназначены для отделения и увода корабля от аварийного носителя на безопасное расстояние в любой момент времени, начиная от старта и до окончания выведения.
Для решения этой задачи в составе ракеты-носителя формируется отделяемый головной блок, включающий ракетный блок аварийного спасения с набором двигательных установок, пилотируемый транспортный корабль и переходной отсек между ракетным блоком аварийного спасения и пилотируемым транспортным кораблем. По такой схеме выполнены отделяемый головной блок системы аварийного спасения кораблей «Союз», «Аполлон», «Орион» и др.
Основной отличительной особенностью нового ракетного блока аварийного спасения пилотируемого транспортного корабля по сравнению с существующими является его двухступенчатая конструкция, которая позволяет обеспечить спасение экипажа практически на любом участке траектории выведения.
Важным этапом при разработке отделяемого головного блока системы аварийного спасения и выборе его параметров являются исследования аэродинамических характеристик с работающими и неработающими двигателями управления в автономном полете после отделения от аварийной ракеты-носителя.
В последние годы для исследования аэрогазодинамики проектируемых изделий все шире применяется компьютерное моделирование, обладающее целым рядом преимуществ по сравнению с физическим моделированием, особенно на ранних стадиях проектирования. Промышленное использование компьютерного моделирования для исследований аэрогазодинамики предполагает определенную технологию, включающую этап предварительного тестирования программного обеспечения, планируемого к применению, с использованием экспериментальных данных по аналогичным изделиям.
В данной публикации рассматривается один из примеров реализации такого подхода к исследованию аэродинамики отделяемого головного блока системы аварийного спасения пилотируемого транспортного корабля нового поколения, разрабатываемого РКК «Энергия». Представлены результаты расчетных исследований характеристик с использованием двух различных программных комплексов, выполненных РКК «Энергия» и ЦНИИмаш, и их сравнение с результатами испытаний модели в аэродинамических трубах ЦНИИмаш.

Ключевые слова: система аварийного спасения, аэродинамические характеристики, компьютерное моделирование, пилотируемый транспортный корабль нового поколения.

 

Дядькин А.А., Павлов А.О., Симакова Т.В.
Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных исследований гидродинамических воздействий на модель возвращаемого аппарата с неработающей двигательной установкой при посадке на воду

Для разрабатываемого РКК «Энергия» многоразового пилотируемого корабля «Федерация» планируется использование парашютно-реактивной системы посадки, задачей которой является обеспечение близкой к нулю скорости движения возвращаемого аппарата на момент касания посадочной поверхности. В штатных ситуациях посадка аппарата осуществляется на подготовленные грунтовые площадки. В нештатных ситуациях аппарат сможет совершать посадку в том числе и на воду. В этом случае для проектных исследований необходимо знание уровней гидродинамических воздействий на корпус аппарата и динамики его поведения в водной среде. Ввиду большого разнообразия возможных режимов посадки на воду поиск требуемых характеристик традиционным экспериментальным путем, использовавшимся при создании кораблей Apollo и «Союз», не рационален прежде всего из-за большого потребного объема испытаний и их ограниченной информативности. Поэтому целесообразно применение компьютерного моделирования процесса посадки в современных программных комплексах с предварительной их валидацией.
В данной работе представлены результаты тестирования программного комплекса FlowVision разработки ООО «ТЕСИС» с использованием экспериментальных данных, полученных при модельных испытаниях командного модуля корабля Apollo. Представлены данные по изменению давления на поверхности аппарата в процессе погружения и динамике его поведения в водной среде. Продемонстрирована целесообразность использования данного комплекса для исследований процесса посадки возвращаемого аппарата корабля «Федерация».

Ключевые слова: приводнение, возвращаемый аппарат, верификация.

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ, КОНСТРУКЦИЯ И ПРОИЗВОДСТВО ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Анохин М.В., Галкин В.И., Морозов О.В., Сазонов В.В.
Особенности оценки радиационной стойкости космической микро- и наноэлектроники

Обсуждается альтернатива традиционному дозовому подходу к оценке радиационной стойкости электронной аппаратуры космических аппаратов, основанная на использовании в качестве параметров-критериев спектров плотностей энерговыделений. Дается физическое обоснование возможности радиационных испытаний электроники с помощью компактных изотопных источников. Новый подход представляет собой не только метод испытания электроники на радиационную стойкость, он позволяет выстроить цельную систему мониторинга радиационной опасности, исследования стойкости электронных компонентов и оптимизации компоновки создаваемой электронной аппаратуры, опирающуюся на лабораторный и натурный эксперименты и детальное статистическое моделирование. Использование такой системы позволит существенно улучшить прогноз радиационной опасности за счет использования более адекватных физических моделей радиационных эффектов и данных оперативного радиационного мониторинга in situ и при этом даст возможность разработчикам и пользователям аппаратуры участвовать в испытаниях или даже проводить их самостоятельно. Переход на предлагаемую систему позволит существенно расширить перечень

Ключевые слова: радиационная стойкость, спектр плотностей энерговыделений, статистическое моделирование.

 

ПРОЧНОСТЬ И ТЕПЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Романенков В.А., Колесниченко А.Ф., Мартынов М.В., Тарасов В.А., Комков М.А., Боярская Р.В.
Повышение физико-механических показателей теплозащитных покрытий при автоклавном формовании в нейтральной среде

В конструкции спускаемого аппарата пилотируемого космического корабля «Союз ТМА» применяются композиционные материалы на основе стеклянных волокон и фенольно-формальдегидного связующего. Связующее содержит в своем составе большое количество химически активных, в т. ч. и легковоспламеняющихся, компонентов. Формование и отверждение таких материалов производится вакуумно-автоклавным методом при повышенных температуре и давлении рабочей среды. Когда в качестве рабочей среды применяется воздух, существует возможность протекания реакций с участием кислорода, которые негативно сказываются на физико-механических свойствах материала и создают угрозы неуправляемых реакций окисления вплоть до термоокислительной деструкции материала.
Разработанная технология формования в нейтральной среде исключает возможность окисления материала, разрушения и разгерметизации вакуумных резиновых чехлов, применяемых при формовании, повышает безопасность и стабильность производственного процесса, качество и надежность изделий.
Особое внимание уделено созданию условий для обеспечения минимальных градиентов температур на изделиях при нагреве, термостатировании и охлаждении, а также обеспечению равномерного распределения связующего в материале в процессе формования. Результатом работы стало повышение уровня физико-механических характеристик теплозащитных материалов, точности геометрических параметров изделий и снижение их массы.
Важнейшим фактором, обеспечившим достижение указанных результатов, является создание новой технологии производства теплозащитных покрытий в нейтральной среде и высокоавтоматизированного автоклавного комплекса, который также обеспечивает технологическую основу для производства новых перспективных изделий из композиционных материалов.

Ключевые слова: спускаемый аппарат, тепловая защита, автоклавное формование, нейтральная среда.

 

ТЕПЛОВЫЕ, ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
И ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Грибков А.С., Попов А.Н., Синявский В.В.
Двухрежимная космическая ядерно-энергетическая установка на базе термоэмиссионного реактора-преобразователя и термоэлектро-химического генератора

Применительно к созданию транспортно-энергетического модуля для электроракетной доставки и последующего длительного энергоснабжения энергоемкой функциональной аппаратуры космического аппарата приведены результаты концептуально-проектных исследований возможности использования комбинированной двухрежимной ядерно-энергетической установки с термоэмиссионным реактором-преобразователем и термоэлектрохимическим генератором. Возможность использования термоэлектрохимического преобразователя (ТЭХП) для выработки электроэнергии определяется тем, что температура горячей зоны ТЭХП попадает в область температур литиевой системы охлаждения высокотемпературной ядерно-энергетической установки по литий-ниобиевой технологии для межорбитального буксира «Геркулес». Показана целесообразность использования части теплоизлучающей поверхности системы охлаждения установки для размещения на ней элементов ТЭХП. В термоэмиссионном реакторе выделяется зона бустерных тепловыделяющих элементов, охлаждаемых литиевым теплоносителем. На тепловых трубах системы теплосброса устанавливаются элементы ТЭХП с верхней температурой термодинамического цикла порядка 1200 К и нижней — 500–550 К. В качестве рабочего тела ТЭХП используется натрий, основной конструкционный материал — ниобиевый сплав НбЦУ, твердый электролит — в-Al2O3. Перечисленные материалы обладают комплексом свойств, позволяющих создать высокоэффективный ТЭХП, работающий в заданном температурном диапазоне. Приведены характеристики элемента и всего генератора электрической мощностью 30 кВт.

Ключевые слова: транспортно-энергетический модуль, двухрежимная ядерно-энергетическая установка, термоэмиссионный реактор-преобразователь, литий-ниобиевая технология, ниобиевый сплав НбЦУ, натрий, в-Al2O3.

 

НАЗЕМНЫЕ КОМПЛЕКСЫ, СТАРТОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Сизенцев Г.А.
Оценка безопасности систем освещения приполярных городов с орбиты

К перечню основных задач, связанных с угрозой прогнозируемого изменения глобального климата в XXI веке, относится замена углеводородной энергетики на возобновляемые источники энергии. Использование космической техники для солнечной инсоляции земной поверхности может внести свой позитивный вклад в решение этой задачи, одновременно способствуя сохранению легкоранимой экологии Приполярья. В данной работе рассматривается безопасность систем освещения с орбиты Земли российских и зарубежных приполярных городов. На основе выбранного критерия безопасности для базовой системы освещения проведены расчет его фактического значения, сравнение с нормативами, и представлена связь параметров для безопасных осветительных систем, имеющих орбитальное построение и схему освещения земных районов, аналогичные построению и схеме рассмотренной базовой системы.

Ключевые слова: системы освещения, критерий безопасности, орбитальное построение, схема освещения.

 

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Архангельский Н.И., Акимов В.Н., Елисеев И.О., Кувшинова Е.Ю.
О целесообразности использования эллиптических орбит базирования для повышения эффективности применения многоразовых ядерных буксиров

Проведен проектно-баллистический анализ влияния параметров вспомогательных разгонных блоков и формируемых ими эллиптических орбит базирования для многоразового межорбитального буксира на основе ядерной энергоустановки и электроракетной двигательной установки мегаваттного класса на эффективность его применения в задаче доставки полезных грузов на геостационарную орбиту. Показано, что в сравнении с вариантом круговой радиационно безопасной орбиты высотой Hкр = 800 км применение эллиптических орбит базирования в сочетании с использованием вспомогательных разгонных блоков на базе кислородно-водородных жидкостных ракетных двигателей позволяет улучшить энергомассовые показатели эффективности многоразового буксира, а также увеличить экономию затрат от его применения по сравнению с наиболее эффективными средствами межорбитальной транспортировки традиционного типа — одноразовыми кислородно-водородными разгонными блоками.

Ключевые слова: многоразовый межорбитальный буксир, ядерная энергоустановка, электроракетная двигательная установка, орбита базирования.

 

Зыков А.В., Субботин А.В.
Математическое моделирование выпуска тросовой системы из вращающегося центрального тела

В статье исследуется задача выпуска весомого троса, представляющего часть полотнища круглого солнечного паруса в уложенном состоянии, под действием центробежных сил инерции. Аналитическим путем находится угол наклона квазистационарной формы троса при выпуске с постоянной скоростью. Рассматриваются различные способы выпуска троса: при постоянной скорости, при равномерно убывающей скорости и при скорости, обеспечивающей постоянное отклонение конца троса от радиального направления. Рассматриваются преимущества и недостатки каждого из способов выпуска. Основное внимание уделяется минимизации возмущающего воздействия троса на центральное вращающееся тело, из которого выпускается сложенное полотнище паруса. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании систем первоначального этапа раскрытия солнечных парусов на космических платформах с большими вращающимися солнечными парусами.

Ключевые слова: солнечный парус, квазистационарная форма, способы выпуска из уложенного состояния, математическое моделирование.

 

МАШИНЫ И АППАРАТЫ, ПРОЦЕССЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ И КРИОГЕННОЙ ТЕХНИКИ, СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ

Романов С.Ю., Гузенберг А.С., Рябкин А.М.
Концепция комплекса систем жизнеобеспечения экипажей межпланетных экспедиций

В статье определен состав систем, обеспечивающих регенерацию воды и кислорода из продуктов жизнедеятельности экипажа в замкнутом физико-химическом комплексе системы жизнеобеспечения межпланетных космических экспедиций. Это комплекс с модернизированными системами регенерации воды из всех возможных источников, с обезвоженными рационами питания, системой регенерации кислорода из диоксида углерода на основе электролиза диоксида углерода с получением кислорода и монооксида углерода с его последующей гидрогенизацией до воды и метана, и с включением биологических звеньев.
Такой комплекс может быть создан как базовый на основе модернизации комплекса систем жизнеобеспечения станций «Мир» и МКС как для лунных и межпланетных полетов, так и для полетов на орбите Земли. При этом значительно уменьшается грузопоток на пилотируемую орбитальную станцию ресурсных элементов систем и продуктов для экипажа. В статье приведены схемы и параметры основных проектируемых систем регенерации и базового комплекса в целом, а также массоэнергетическая сводка комплекса.

Ключевые слова: экипаж, космический полет, среда обитания, физико-химический комплекс систем жизнеобеспечения, регенерация воды и кислорода из продуктов жизнедеятельности, переменная масса систем, биологические системы жизнеобеспечения.

 

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

Богачев А.В., Воробьева Е.А., Зубов Н.Е.
Управление ориентацией и разгрузка накопленного кинетического момента инерционных исполнительных органов космического аппарата на высокоэллиптической орбите

В статье рассматривается динамика углового движения космического аппарата на высокоэллиптической орбите. Разработан алгоритм управления угловым движением космического аппарата и разгрузки кинетического момента инерционных исполнительных органов космического аппарата на высокоэллиптической орбите, использующий для этого гравитационный момент. Для построения законов управления ориентацией и разгрузки накопленного кинетического момента космического аппарата применяется метод точного размещения полюсов. Получено численное решение задачи управления ориентацией и разгрузкой кинетического момента космического аппарата на высокоэллиптической орбите по всем трем каналам управления на участке орбиты, свободном от выполнения целевой задачи, в окрестности перигея. Также произведен анализ устойчивости системы линеаризованных дифференциальных уравнений, описывающих динамику поведения космического аппарата на высокоэллиптической орбите.

Ключевые слова: управление ориентацией, разгрузка кинетического момента, инерционные исполнительные органы, высокоэллиптическая орбита, космический аппарат, гравитационный момент, метод точного размещения полюсов.

 

СКАЧАТЬ НОМЕР
№ 3(18) июль - сентябрь 2017