Русский
На главную Написать письмо Контакты Карта сайта

Аннотации

№ 1 (24) январь - март 2019

Журнал "Космическая техника и технологии"
№ 1 (24), 2019

Содержание номера

ПРОЧНОСТЬ И ТЕПЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Дядькин А.А., Рыбак С.П., Трашков Г.А., Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л., Дроздов С.М., Столяров Е.П.
Расчетно-экспериментальные исследования пульсаций давления на поверхности космической головной части с пилотируемым транспортным кораблем на участке выведения

Представлены результаты численного и экспериментального исследований турбулентного обтекания космической головной части с пилотируемым транспортным кораблем и ракетным блоком аварийного спасения на участке выведения на орбиту. Основной задачей этих исследований является определение амплитудно-частотных характеристик пульсаций давления на поверхности возвращаемого аппарата. Описана двухэтапная комбинированная схема с моделированием вихревых структур рассматриваемого турбулентного течения, построенная для решения данной задачи, и представлены результаты ее верификации путем сопоставления соответствующих расчетных данных с результатами измерений пульсаций давления на модели масштаба М 1:20, параллельно проводившихся в аэродинамической трубе Т-128 ЦАГИ. Анализ результатов расчетов обтекания натурного объекта при дозвуковых, трансзвуковых и сверхзвуковых режимах полета свидетельствует о том, что на участке выведения поверхность космической головной части испытывает сильные динамические нагрузки (при числе Маха полета М = 1,5 интенсивность пульсаций давления достигает 175 дБ). Показано также, что значительный (до 7 дБ) дополнительный вклад в эти нагрузки вносится турбулентными вихревыми следами за соплами двигателей ракетного блока аварийного спасения.

Ключевые слова: пилотируемый транспортный корабль, головная космическая часть, пульсации давления на поверхности, двухэтапный вихреразрешающий подход к моделированию турбулентности, аэродинамическая труба, измерение нестационарного давления.

Список литературы

1. Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Травин А.К., Шур М.Л. Современные подходы к моделированию турбулентности. СПб: Изд-во Политехнического университета, 2016. 233 с.
2. Menter F.R. Zonal two-equation k-ω turbulence models for aerodynamic flows // AIAA Paper, AIAA-1993-2906, 1993. 21 p.
3. Shur M.L., Spalart P.R., Strelets M.K., Travin A.K. A hybrid RANS-LES approach with delayed-DES and wall-modelled LES capabilities // Int. J. Heat and Fluid Flow. 2008. V. 29. P. 1638–1649.
4. Spalart P.R., Jou W., Strelets M., Allmaras S. Comments on the feasibility of LES for wings, and on a hybrid RANS/LES approach. In: Liu, C., Liu, Z. (eds.) Advances in DNS/LES. 1997. Greyden Press, Columbus, OH. P. 137–147.
5. Strelets M.К. Detached eddy simulation of massively separated flows // AIAA Paper, AIAA-2001-0879, 2001. 18 p.
6. Shur M.L., Spalart P.R., Strelets M.K., Travin A.K. Synthetic turbulence generators for RANS-LES interfaces in zonal simulations of aerodynamic and aeroacoustic problems // Flow, Turbulence and Combustion. 2014. V. 93. P. 63–92.
7. Shur M., Strelets M., Travin A. High-order implicit multi-block Navier-Stokes code: ten-years experience of application to RANS/DES/LES/DNS of turbulent flows. Invited lecture // 7th Symposium on Overset Composite Grids and Solution Technology, October 5–7, 2004, Huntington Beach, USA. Режим доступа: http://cfd.spbstu.ru/agarbaruk/c/document_library/DLFE-42505.pdf (дата обращения 11.12.2018 г.)
8. Roe P.L. Approximate Rieman solvers, parameter vectors and difference schemes // Journal of Computational Physics. 1981. V. 46. P. 357–378.
9. Spalart P.R., Allmaras S.R. A one-equation turbulence model for aerodynamic flows // AIAA Paper, AIAA-1992-0439, 1992. 22 p.
10. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989. 544 с.

 

Зимин В.П., Ефимов К.Н., Колычев А.В., Керножицкий В.А., Овчинников В.А., Якимов А.С.
Моделирование термоэмиссионной тепловой защиты при конвективном нагреве составной оболочки

В настоящее время разрабатываются высокоскоростные летательные аппараты, способные маневрировать в плотных слоях атмосферы. К ним относятся спускаемые аппараты перспективных космических кораблей многоразового применения и возвращаемые ступени ракет-носителей. Эти высокоскоростные летательные аппараты испытывают большие динамические и тепловые нагрузки, что может привести к разрушению и изменению их аэродинамических характеристик. Следовательно, очень важно обеспечить тепловую защиту их структурных элементов.
Перспективным вариантом решения этой проблемы является использование термоэмиссионной технологии — электронного охлаждения в результате тепловой эмиссии электронов с поверхности эмиттера. Данная технология позволяет преобразовывать тепловую энергию, полученную от конвективного нагрева, непосредственно в электрическую. Для решения этой научно-технической задачи с высокой точностью необходимо развить математическое и физическое моделирование работы таких систем с учетом сложной природы взаимодействия высокоэнтальпийных потоков с теплозащитным материалом, когда сами элементы конструкции высокоскоростного летательного аппарата в большой мере участвуют в процессе их охлаждения. Применение этого подхода позволит моделировать системы термоэлектронной тепловой защиты высокоскоростных летательных аппаратов в условиях, которые соответствуют реальным нагрузкам вдоль их траектории.

Ключевые слова: термоэмиссионная тепловая защита, моделирование, теплообмен, термоэмиссионный преобразователь, эмиттер, коллектор, охладитель.

Список литературы

1. Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. М.: Энергия, 1976. 392 с.
2. Гришин А.М., Голованов А.Н., Зинченко В.И., Ефимов К.Н., Якимов А.С. Математическое и физическое моделирование тепловой защиты. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2011. 358 с.
3. Зинченко В.И., Ефимов К.Н., Якимов А.С. Расчет характеристик сопряженного тепломассообмена при пространственном обтекании затупленного тела с использованием системы комбинированной тепловой защиты // Теплофизика высоких температур. 2011. Т. 49. № 1. С. 81–91.
4. Патент RU 20404087 C1. Российская Федерация. Термоэмиссионный способ тепловой защиты частей летательного аппарата при их аэродинамическом нагреве. Керножицкий В.А., Колычев А.В., Охочинский Д.М.; заявитель и патентообладатель — БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова; заявка № 2009140802/11; приоритет от 03.11.2009 г. // Бюллетень изобретений. 2010. № 32. 7 с.
5. Колычев А.В. Активная тепловая защита элементов конструкций высокоскоростного летательного аппарата на новых физических принципах при аэродинамическом нагреве // Электронный журнал «Труды МАИ». 2012. Вып. 51. С. 1–18.
6. Alkandry H., Hanquist K.M., Boyd I.D. Conceptual analysis of electron transpiration cooling for the leading edges of hypersonic vehicles // AIAA AVIATION 2014 — 11th AIAA/ASME Joint Thermophysics and Heat Transfer Conference. 2014.
7. Khrapko V.Yu. The concept of the combined thermal protection system for leading edges of hypersonic vehicles with use of thermionic emission // Conference Paper in XIII International Youth Scientific and Practical Conference «FUTURE OF ATOMIC ENERGY — AtomFuture 2017». KnE Engineering Volume (Knowledgee). 2017. P. 395–401. DOI 10.18502/48.
8. Hanquist K.M. Modeling of electron transpiration cooling for leading edges of hypersonic vehicles. A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy (Aerospace Engineering) in The University of Michigan, 2017. 213 p.
9. Ушаков Б.А., Никитин В.Д., Емельянов И.Я. Основы термоэмиссионного преобразования энергии. М.: Атомиздат, 1974. 288 с.
10. Ярыгин В.И. Физические основы термоэмиссионного преобразования энергии. Обнинск: ИАТЭ. 2006. Ч. 1. 104 с.
11. Синявский В.В. Методы и средства экспериментальных исследований и реакторных испытаний термоэмиссионных электрогенерирующих сборок. М.: Энергоатомиздат, 2000. 375 с.
12. Бровальский Ю.А., Рожкова Н.М., Синявский В.В., Юдицкий В.Д. Обобщенный расчет вольт-амперных характеристик и полей температуры термоэмиссионных преобразователей на основе данных испытаний изотермического ТЭП // Термоэмиссионные преобразователи энергии. М.: ВНИИТ, 1969. С. 281–285.
13. Заричняк Ю.П., Лисненко Т.А., Басов А.Е. Теплофизические свойства сплавов твердых растворов вольфрам – молибден // Теплофизика высоких температур. 1977. Т. 15. № 4. С. 918–920.
14. Бабушкин Ю.В., Зимин В.П. Методы расчета вольт-амперных характеристик термоэмиссионных электрогенерирующих сборок // Известия Томского политехнического университета. 2006. Т. 309. № 2. С. 135–139.
15. Самарский А.А. Введение в численные методы. Уч. пос. для вузов. М.: Лань, 2009. 288 с.
16. Землянский Б.А., Степанов Г.И. О расчете теплообмена при пространственном обтекании тонких затупленных конусов гиперзвуковым потоком воздуха // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1981. № 5. С. 173–177.
17. ГОСТ 4401–81. Атмосфера стандартная. Параметры. М.: Изд-во стандартов, 1981. 182 с.
18. Лунев В.В. Гиперзвуковая аэродинамика. М.: Машиностроение, 1975. 328 с.
19. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник. М.: Атомиздат, 1968. 484 с.

 

ТЕПЛОВЫЕ, ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
И ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Николаев В.Д., Зернов А.С.
Обеспечение безопасности химических автономных источников питания аппаратуры и бортового оборудования Российского сегмента МКС

На борту Международной космической станции (МКС) в сменном оборудовании и экспериментальной аппаратуре широко используются химические автономные источники электропитания (АИП). В случае отказа на борту МКС или транспортного корабля АИП представляют определенную опасность для экипажа как химические элементы. Поэтому принимаются специальные меры и используются средства/устройства, предотвращающие разгерметизацию АИП и попадание электролита в атмосферу герметичных отсеков МКС, на членов экипажа и аппаратуру.
В статье указаны типы АИП, используемые на Российском сегменте МКС, и требования, предъявляемые к новым типам АИП. Изложены методики квалификационных, верификационных и предполетных испытаний АИП. Представлены результаты типовых квалификационных испытаний АИП.

Ключевые слова: Международная космическая станция, Российский сегмент, Американский сегмент, химический автономный источник питания, обеспечение безопасности, квалификационное испытание, предполетное испытание.

Список литературы

1. Варламов В.Р. Современные источники питания. М.: ДМК Пресс, 2001. 224 с.
2. Промышленное применение аккумуляторных батарей / Под ред. М. Бруссили, Дж. Пристойя. М.: Техносфера, 2011. 784 c.
3. RSA, NASA, ESF, JAXA Multilateral category 1 constraints. Flight safety certificate.
4. Таганова А.А. Герметичные химические источники тока. Элементы и аккумуляторы, оборудование для испытаний и эксплуатации. СПб: Химиздат, 2005. 262 с.
5. Memorandum of understanding between the National Aeronautics and Space Administration of the United States of America and the Russian Space Agency concerning cooperation on the civil International Space Station. Режим доступа: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/structure/elements/nasa_rsa.html (дата обращения 25.07.2018 г.).
6. Деречин А.Г., Жарова Л.Н., Синявский В.В., Солнцев В.Л., Сорокин И.В. Международное сотрудничество в сфере пилотируемых полетов. Часть 2. Создание и эксплуатация Международной космической станции // Космическая техника и технологии. 2017. № 2(17). С. 5–28.
7. Gini A. Safety of Lithium Battery // Space Safety Magazine, IAASS, July 2011, № 0 (Pilot issue), p. 10–11.

 

Бершадский В.А., Соколов Б.А., Туманин Е.Н.
Результаты исследований интенсивности растворения неконденсируемого газа в жидких компонентах топлива двигательных установок

Показана важность определения интенсивности растворения неконденсируемого газа в компонентах топлива, используемых в ракетных двигательных установках, в связи с влиянием газосодержания в топливе на работоспособность жидкостного ракетного двигателя. Обоснована необходимость экспериментальных исследований интенсивности растворения газообразного гелия в жидком водороде на крупномасштабной экспериментальной установке при создании кислородно-водородной двигательной установки ракеты-носителя «Энергия». Представлены особенности проведения исследований с обоснованием модели процесса и обобщением экспериментальных данных. Получена зависимость для коэффициента массообмена в безразмерном виде для широких диапазонов изменений критериев подобия, характерных для высококипящих и криогенных жидкостей. Приведены сравнительный анализ и преимущества полученных результатов, а также краткие сведения об их практическом использовании. Результаты исследований растворимости гелия в жидких криогенных компонентах топлива — водороде и кислороде — могут использоваться при разработке ракетных блоков с криогенными компонентами топлива ракеты-носителя сверхтяжелого класса.

Ключевые слова: система топливоподачи, интенсивность растворения газа, компоненты топлива, концентрация растворенного газа, газонасыщение топлива, коэффициент массообмена, безразмерные критерии, ракета-носитель сверхтяжелого класса.

Список литературы

1. Петров В.И., Чабаевский В.Ф. Кавитация в высокооборотных лопастных насосах. М.: Машиностроение, 1982. 192 с.
2. Бершадский В.А., Коломенцев Ф.И. Основы технологии стендовых испытаний двигательных установок жидкостных ракет. Автономная отработка. М.: Изд-во МАИ, 2014. 214 с.
3. Есин В.И., Морозов И.И. Предварительный наддув топливных баков при подаче газа через компонент // Оборонная техника. 1966. № 5. С. 23–27.
4. Yoshida F., Akita K. Gas holdup and volumetric mass transfer coefficient in bubble columns. Effects of liquid properties // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1973. V. 12(1). P. 76–80.
5. Бершадский В.А. Моделирование условий эксплуатации кислородно-водородного ЖРД на компонентах топлива с растворенным газом при их стендовой отработке: Дис. … канд. тех. наук / Пересвет: НИИХИММАШ, 1984. 192 с.
6. Кафаров В.В. Основы массопередачи. М.: Высшая школа, 1979. 439 с.
7. Рамм В.М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976. 655 с.
8. Кутателадзе С.С., Стырикович М.А. Гидродинамика газожидкостных систем. М.: Энергия, 1976. С. 72–102.
9. Бершадский В.А. Испытания с имитацией эксплуатационных условий подачи криогенных компонентов топлива при отработке ракетных двигательных установок: Дис. … док. тех. наук / Москва, 2001. 256 с.
10. Бершадский В.А. Методика имитации газосодержания в жидком водороде при стендовых испытаниях двигателей // Космонавтика. 2012. № 3–4. С. 92–99.
11. Бершадский В.А., Соколов Б.А., Туманин Е.Н., Петров В.И. Способы регулирования теплового состояния криогенного топлива в баках двигательной установки при предстартовых операциях // Известия РАН. Энергетика. 2017. № 4. С. 95–105.

 

НАЗЕМНЫЕ КОМПЛЕКСЫ, СТАРТОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Рулев Д.Н., Рулев Н.Д.
Планирование наблюдений астрономических объектов с космического аппарата с учетом ограничений на моменты выполнения наблюдений

Рассмотрен подход к решению задачи планирования наблюдений астрономических объектов заданного каталога с космического аппарата с учетом наложения ограничений на интервалы времени выполнения наблюдений. Представлена формализация задачи в виде задачи выбора маршрута, которая включает формулировки в виде задачи коммивояжера и частично-целочисленной задачи линейного программирования, решаемых методами целочисленного программирования. Приведены примеры построения оптимальных программ наблюдений астрономических объектов с орбитального космического аппарата, иллюстрирующие возможность практического использования предложенных методов планирования наблюдений, в т. ч. для реализации наблюдений с орбитального космического аппарата на интервалах полета с изменяющейся светотеневой обстановкой на орбите. Показана эффективность применения предложенного подхода как для построения оптимальных программ наблюдения, так и для анализа условий и определения возможных параметров наблюдений.

Ключевые слова: астрономические объекты, светотеневая обстановка, программа наблюдений, маршрут, задача коммивояжера, целочисленное программирование.

Список литературы

1. Беляев М.Ю. Научные эксперименты на космических кораблях и орбитальных станциях. М: Машиностроение, 1984. 264 с.
2. Рулев Д.Н. Минимизация затрат при выполнении последовательности переориентаций КА для наблюдения астрофизических объектов / В сб. «Расчет, проектирование, конструирование и испытания космических систем» // Ракетно-космическая техника. Труды. Сер. ХII. Королёв: РКК «Энергия», 1994. Вып. 2–3. С. 128–135.
3. Беляев М.Ю., Легостаев В.П., Рулев Д.Н. Экономия энергетических затрат при планировании последовательности наблюдения с космического аппарата астрономических объектов // Известия РАН. Энергетика. 2013. № 1. С. 15–23.
4. Кормен Т.Х., Лейзерсон Ч.И., Ривест Р.Л., Штайн К. Алгоритмы: построение и анализ. 3-е изд. М.: Вильямс, 2013. 1328 c.
5. Моудера Дж., Элмаграби С. Исследование операций. Методологические основы и математические методы. М.: Мир, 1981. 704 с.
6. Муртаф Б. Современное линейное программирование. М.: Мир, 1984. 224 с.

 

Кирилин А.Н., Ахметов Р.Н., Ткаченко С.И., Стратилатов Н.Р., Салмин В.В., Воронов К.Е., Абрашкин В.И., Ткаченко И.С., Пияков А.В., Сафронов С.Л.
Основные проектные характеристики и результаты эксплуатации группировки малых космических аппаратов научно-образовательного назначения серии «АИСТ»

Статья посвящена основным результатам пятилетней эксплуатации тандема малых космических аппаратов серии «АИСТ». Два аппарата этой серии — летный и опытный (технологический) образцы — были запущены на орбиту в 2013 г. В статье приводятся характеристики малых космических аппаратов, назначение, бортовой состав, текущее состояние группировки на второй квартал 2018 г., результаты научных исследований, полученные в ходе проведения экспериментов на каждом из двух малых космических аппаратов. Дана оценка работоспособности малой унифицированной платформы космических аппаратов «АИСТ», в т. ч. системы обеспечения теплового режима и системы электропитания. Результаты анализа массивов телеметрической информации, накопленной в ходе эксплуатации малых космических аппаратов серии «АИСТ», могут быть использованы при проектировании новых космических аппаратов научно- образовательного и опытно-технологического назначений на базе унифицированных маломассогабаритных космических платформ.

Ключевые слова: малый космический аппарат, унифицированная маломассогабаритная космическая платформа, телеметрическая информация, система обеспечения теплового режима, система электропитания, основные проектные характеристики, результаты эксплуатации.

Список литературы

1. Садовничий В.А., Панасюк М.И., Бобровников С.Ю., Веденькин Н.Н. и др. Первые результаты исследования космической среды на спутнике Университетский–Татьяна // Космические исследования. 2007. Т. 45. № 4. С. 291–305.
2. Садовничий В.А, Панасюк М.И., Яшин И.В. и др. Исследования космической среды на микроспутниках Университетский–Татьяна и Университетский–Татьяна-2 // Астрономический вестник. 2011. Т. 45. № 1. С. 5–31.
3. Кремез Г.В., Сахно И.В., Ткачев Е.А., Фатеев В.Ф. Учебно-исследовательский малый космический аппарат «Можаец-4»: десять лет на орбите // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. 2013. № 640. С. 112–118.
4. Майорова В.И., Зеленцов В.В. Космический инновационный научно-образовательный проект «Космический аппарат «Бауманец»: особенности реализации // Актуальные проблемы российской космонавтики: Тезисы XXX научных чтений по космонавтике. М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2006. С. 306–308.
5. Майорова В.И. Научно-образовательная космическая микроплатформа Бауманец-2 // Тезисы докладов Второй международной научно-практической конференции. М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2016. С. 54–55.
6. Зимин И.И., Валов М.В., Яковлев А.В., Галочкин С.А. Малый космический аппарат «Михаил Решетнев». Результаты работы // Электронный журнал «Труды МАИ». № 65. Режим доступа: http://www.mai.ru/upload/iblock/03d/03d30644dbfb2345b900cc87ec8ad158.pdf (дата обращения 20.04.2017 г.).
7. Ткаченко С.И., Салмин В.В., Семкин Н.Д., Куренков В.И., Абрашкин В.И., Прохоров А.Г., Ткаченко И.С., Петрухина К.В. Проектный облик и основные характеристики малого космического аппарата СГАУ – ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» // Вестник СГАУ. 2010. № 2. С. 154–165.
8. Kirilin A.N., Shakhmatov E.V., Soifer V.A., Akhmetov R.N., Tkachenko S.I., Prokofev A.B., Salmin V.V., Stratilatov N.R., Semkin N.D., Abrashkin V.I., Tkachenko I.S., Safronov S.L., Zheleznov Yu.E. Small satellites «AIST» constellation — design, construction and program of scientific and technological experiments // Procedia Engineering. 2015. V. 104. P. 43–49. DOI: /10.1016/j.proeng. 2015.04.095.
9. Абрашкин В.И., Воронов К.Е., Пияков А.В., Пузин Ю.Я., Сазонов В.В., Семкин Н.Д., Филиппов А.С., Чебуков С.Ю. Определение вращательного движения спутника «АИСТ» по данным бортовых измерений магнитного поля Земли // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2014. № 17. 38 с.
10. Абрашкин В.И., Воронов К.Е., Пияков А.В., Пузин Ю.Я., Сазонов В.В., Семкин Н.Д., Филиппов А.С., Чебуков С.Ю. Определение движения спутника «Бион М-1» средствами аппаратуры ГРАВИТОН // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2014. № 2. 44 с.
11. Абрашкин В.И., Воронов К.Е. Реконструкция неуправляемого вращательного движения малого спутника «АИСТ» // Научные и технологические эксперименты на автоматических космических аппаратах и малых спутниках. Тезисы докладов Третьей международной конференции «Научные и технологические эксперименты на автоматических космических аппаратах и малых спутниках». Самара: Изд-во СНЦ РАН, 2014. С. 177–180.
12. Абрашкин В.И., Воронов К.Е., Пияков А.В., Пузин Ю.Я., Сазонов В.В., Семкин Н.Д., Филиппов А.С., Чебуков С.Ю. Неуправляемое вращательное движение малого спутника «Аист» // Космические исследования. 2015. Т. 53. № 5. С. 395–408.
13. Семкин Н.Д., Брагин В.В., Пияков А.В., Телегин А.М., Рязанов Д.М., Матвиец М.Г. Электролизация поверхности низкоорбитального малого космического аппарата «АИСТ» // Вестник СГАУ. 2015. Т. 14. № 1. С. 46–57.
14. Новиков Л.С., Милеев В.Н., Крупников К.К., Маклецов А.А. Электризация космических аппаратов в магнитосферной плазме / В кн.: Модель космоса. В 2-х т. М.: КДУ, 2007. Т. 2. С. 236–275.

 

КОНТРОЛЬ И ИСПЫТАНИЕ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И ИХ СИСТЕМ

Агашкин С.В., Баданина Ю.О., Башкарев В.С., Дроздов А.А., Ушаков А.Р.
Автоматизированная система компенсации весовой составляющей для испытаний крупногабаритных трансформируемых антенн космического аппарата

Современные тенденции в развитии космической отрасли направлены на стремительный рост рынка широкополосных услуг связи. Космические аппараты с крупногабаритными трансформируемыми рефлекторами создали новый виток в конкурентной борьбе за потребителя, что стало дальнейшей ступенью глобализации рынка информационных услуг, создавая преимущества тем странам, которые владеют необходимыми спутниковыми технологиями широкополосного мультимедийного вещания. Надежность любого оборудования для применения в составе космических аппаратов определяющим образом зависит от качества его наземной экспериментальной отработки. Для обеспечения высокого качества такой отработки требуется создание высокоточной автоматизированной системы компенсации весовой составляющей. Разработана структура платформы автоматизации, соответствующая принятому технологическому процессу проведения испытаний. Определены принципы взаимодействия подсистем для приема, обработки и контроля параметров процесса испытаний. Проведен расчет параметрических уравнений для внешнего и внутреннего контуров регулирования системы.
Разработанное программное обеспечение внедрено в программно-аппаратный комплекс, предназначенный для выполнения испытаний крупногабаритной трансформируемой антенны с системой компенсации весовой составляющей. Использование программного обеспечения расширяет возможности исследования крупногабаритных трансформируемых рефлекторов и повышает качество и надежность проводимых испытаний.

Ключевые слова: космический аппарат, крупногабаритный рефлектор, автоматизация, система компенсации весовой составляющей, наземная экспериментальная отработка, программное обеспечение.

Список литературы

1. Суайнерд Г., Старк Д. Разработка систем космических аппаратов: пер. с англ. / Под ред. Фортескью П.А. М.: Альпина Паблишер, 2015. 765 с.
2. Афанасьев В.Г., Верхотуров В.И., Заславский В.А., Зеленцов В.А., Исляев Ш.Н., Копелев В.Б., Маслов А.Я., Миронов А.Н., Франчук О.В. / Под ред. акад. М.Ф. Решетнева. Томск: МГП «РАСКО», 1993. 221 с.
3. Prowald J., Mangenot C., Klooster K., Scolamiero L. Large reflector antennas: technical and programmatic status one year after the working group conclusions // Proceed. 33rd ESA Antenna Workshop on Challenges for Space Antenna Systems. Noordwijk, The Netherlands, October 18–21, 2011. 32 p.
4. Imbriale W., Gao S., Boccia L. Space antenna handbook. 2012. 744 p.
5. Harris Corporation. Unfurlable Antenna Solutions / Large reflector. Режим доступа: http://download.harris.com/app/public_download.asp?fid=463 (дата обращения 05.07.2017 г.).
6. Тестоедов Н.А. Экспериментальная отработка космических аппаратов на механические воздействия. Красноярск: Сибирский государственный аэрокосмический университет им. акад. М.Ф. Решетнева, 2008. 152 с.
7. Александровская Л.Н., Круглов В.И., Кузнецов А.Г. Теоретические основы испытаний и экспериментальная отработка сложных технических систем. М.: Логос, 2003. 736 с. 8. Подураев Ю.В. Мехатроника: основы, методы, применение. М.: Машиностроение, 2007. 256 с.
9. Патент RU 1828261 А1 G01М19/00. Устройство обезвешивания элементов. Ануприенко Г.Е., Карпачев Ю.А., Кухоцкий Л.М., Моишеев А.А., Павлюк В.Н., Рудых Ю.Н., Савенко Ю.Н., заявитель — Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции; заявка № 90 4893917 от 25.12.1990 г. // Бюллетень № 26. 20.09.1996 г.
10. Патент № 2334970 С2 G61М19/00 В64П7/00. Российская Федерация. Устройство имитации невесомости механизмов с гибкой конструкцией элементов. Дроздов А.А., Агашкин С.В., Михнев М.М., Ушаков А.Р., патентообладатель — Федеральное Государственное Унитарное предприятие «Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева»; заявка № 2006126310 от 19.07.2006 г., опубликовано 27.09.2008 г.
11. Patent № 5848899А. United States. Method and device for simulating weightlessness. Howard I.P., the patent owner — Centre for Research in Earth and Space Technology; application 852601, 15.12.1998.
12. Ковалев И.В., Баданина Ю.О. Платформа автоматизации системы компенсации весовой составляющей для крупногабаритных рефлекторов космических аппаратов // Вестник СибГАУ. 2016. Т. 17(1). С. 131–136.
13. Романов А.В., Тестоедов Н.А. Основы проектирования информационно-управляющих и механических систем космических аппаратов / Под ред. дтн, проф. В. Д. Атамасова. СПб.: АНО ЛА «Профессионал», 2015. 240 с.
14. Гуляев В.И., Гайдачук В.В., Чернявский А.Г., Шалино Л. О динамике крупногабаритного разворачивающегося рефлектора // Прикладная механика. 2003. №39(9). С.109–115.
15. Ковалев И.В., Кикоть Ю.О. Мобильная система имитации невесомости для крупногабаритных космических аппаратов // Вестник СибГАУ. 2014. Вып. 4(56). С. 173–178.
16. Дебда Д.Е., Пятибратов Г.Я. Проблемы создания комбинированных систем компенсации силы тяжести объектов обезвешивания. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000. № 396-В00. 32 c.

 

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Борзых С.В., Левитская Ю.Ю., Щиблев Ю.Н.
Подход к моделированию динамики процесса раскрытия крупногабаритных солнечных батарей космических аппаратов

В данной статье рассматривается динамика раскрытия солнечных батарей — одной из ключевых динамических операций функционирования космических аппаратов. Обоснована необходимость анализа динамики раскрытия батарей уже на ранних стадиях проектирования. Приведены актуальные кинематические схемы раскрытия, указаны структурные элементы системы раскрытия. Рассмотрены подходы к математическому моделированию процесса раскрытия солнечных батарей, основанные на методах аналитической механики с учетом особенностей моделируемой системы: конструкции солнечной батареи и свойств отдельных ее элементов, кинематической схемы ее раскрытия, средств инициации разворота панелей и т. д.
В статье предлагается методический подход к моделированию раскрытия крупногабаритных солнечных батарей космического аппарата с универсальным формированием расчетной модели, удобный для разработки эффективных численных алгоритмов и высокоскоростных программных реализаций. Этот подход основан на представлении конструкции космического аппарата и солнечных батарей как пространственной структурно-сложной системы тел, совершающих относительное движение под действием специфических силовых факторов. Для каждого тела записываются уравнения движения на основании общих теорем динамики. Действие других элементов батареи на выделенное тело учитывается в виде сил и моментов реакции связи. Для их определения составляются специальные уравнения, вид и структура которых обусловлены конструкцией узлов соединения отдельных элементов батареи.
Предложенный подход обладает широкими адаптационными возможностями, позволяющими описывать различные конструкции и схемы раскрытия. Он позволяет определять основные интегральные параметры процесса раскрытия солнечных батарей.

Ключевые слова: солнечные батареи, динамика процесса раскрытия солнечных батарей, многофазные схемы раскрытия.

Список литературы

1. Микрин Е.А. Перспективы развития отечественной пилотируемой космонавтики (к 110-летию со дня рождения С.П. Королёва) // Космическая техника и технологии. 2017. № 1(16). С. 5–11.
2. Бидеев А.Г., Семин А.Ю., Кузнецов А.В., Ахмедов М.Р. Проектирование системы энергоснабжения научно-энергетического модуля для Российского сегмента Международной космической станции // Космическая техника и технологии. 2015. № 2(9). C. 64–74.
3. Хамиц И.И., Филиппов И.М., Бурылов Л.С., Тененбаум С.М., Перфильев А.В., Гусак Д.И. Концепция космической транспортно-энергетической системы на основе солнечного межорбитального электроракетного буксира // Космическая техника и технологии. 2017. № 1(16). C. 32–40.
4. Globus Al. Toward an early profitable power sat // Space Manufacturing 14: Critical Technologies for Space Settlement – Space Studies Institute, October 29–31, 2010. P. 1–10.
5. Гуртов А.С., Петровичев М.А. Система энергоснабжения бортового комплекса космических аппаратов. Самара: Изд-во СГАУ, 2007. 87 с.
6. Benson S.W. Solar power for outer planets study. Presentation to Outer Planets Assessment Group. NASA Glenn Research Center, November 8, 2007.
7. Garcia M. About the Space Station solar arrays. NASA. Retrieved 2017-12-06.
8. Зимин В.Н. Экспериментальное определение динамических характеристик крупногабаритных трансформируемых космических конструкций // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2011. № 1. C. 47–56.
9. Борзых С.В., Ильясова И.Р. Моделирование и экспериментальная отработка процесса раскрытия крупногабаритных многозвенных солнечных батарей космических аппаратов // Инженерный журнал: наука и инновации. 2012. № 8. С. 60–68.
10. Ковтун В.С., Королёв Б.В., Синявский В.В., Смирнов И.В. Космические системы связи разработки ракетно-космической корпорации имени С.П. Королёва // Космическая техника и технологии. 2015. № 2(9). C. 3–24.
11. Крылов А.В., Чурилин С.А. Моделирование раскрытия солнечных батарей различных конфигураций // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2011. № 1. С. 106-111.
12. Колесников К.С., Кокушкин В.В., Борзых С.В., Панкова Н.В. Расчет и проектирование систем разделения ступеней ракет. М.: Изд-во МГТУ, 2006. 376 с.
13. Бакулин Д.В., Борзых С.В., Ососов Н.С., Щиблев Ю.Н. Моделирование процесса раскрытия солнечных батарей // Математическое моделирование. 2004. Т. 16. № 6. С. 88–92.
14. Barde H., Baur C., Chouffot R., De Luca A, Gueurier-Farret M.E., Kleider J.P., Neugnot N., Roy X. Dynamic modelling of multi junction gallium arsenide Solar Arrays // Proceedings of the 8th European Space Power Conference, Constance, Germany, 14–19 September 2008. Режим доступа: http://adsabs.harvard.edu/abs/2008ESASP.661E.11N (дата обращения 17.04.2018 г.).
15. Ильясова И.Р. Динамика процесса раскрытия многозвенных солнечных батарей // Вестник СГАУ. 2012. Т. 35. № 4. С. 88-93.
16. Юдинцев В.В. Моделирование процессов раскрытия многоэлементных конструкций космических аппаратов // Полет. 2012. № 5. С. 28–33.
17. Паничкин В.И. Математическое моделирование динамики деформирования многостворчатой солнечной батареи в процессе раскрытия // Известия АН СССР. Механика твердого тела. 1992. № 4. С. 183-190.
18. Aslanov V., Kruglov G., Yudintsev V. Newton–Euler equations of multibody systems with changing structures for space applications // Acta Astronautica. 2011. V. 68. № 11–12. Pp. 2080–2087. DOI:10.1016/j.actaastro. 2010.11.013.
19. Mengali G., Salvetti A., Specht B. Multibody analysis of solar array deployment using flexible bodies // Universita di Pisa, Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale. 2007. Режим доступа: http://www.lucabagnoli.com/University_career/Thesis_main.pdf. (дата обращения 17.04.2018 г.).
20. Narayana L., Nagaraj В.Р., Nataraju В.S. Deployment dynamics of solar array with body rates // North American ADAMS User Conference, Orlando, USA, 2000. Режим доступа: http://web.mscsoftware.com/support/library/conf/adams/na/2000/49_ISRO_solar_array_deploy.pdf (дата обращения 17.04.2018 г.).
21. Бушуев А.Ю., Фарафонов Б.А. Математическое моделирование процесса раскрытия солнечной батареи большой площади // Математическое моделирование и численные методы. 2014. T. 2. № 2. C. 101–114.
22. Бакулин В.Н., Борзых С.В., Щиблев Ю.Н., Ильясова И.Р. Система уравнений минимальной размерности для описания процесса раскрытия солнечных батарей // Краевые задачи и математическое моделирование. Труды 10-й Всероссийской конференции. Новокузнецк: Изд-во НФИ КемГУ, 2010. Т. 2. С. 138–142.
23. Яковлев А.С. Автоматизированное формирование уравнений кинематики раскрытия крыльев солнечных батарей космического аппарата / Инженерия для освоения космоса. Сб. науч. трудов. Томск: Изд-во НФИ ТПУ. 2016. С. 85–89.

 

В ПОРЯДКЕ ДИСКУССИИ

Сизенцев Г.А., Синявский В.В., Соколов Б.А.
Концепция космического энергоклиматического комплекса для парирования превышения глобальной температуры над допустимым уровнем

Основные результаты пятого Оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата стали фундаментом климатического соглашения Парижской конференции ООН по климату (декабрь 2015 г.), определив пути парирования глобальной экологической катастрофы на Земле. Конференция подтвердила необходимость ограничений выбросов парниковых газов в атмосферу Земли. Однако выполнение целей, поставленных в Оценочном докладе, вызывает сомнение из-за существующих политических и экономических разногласий государств, что подтверждает уровень обязательств по ограничению выбросов, взятых руководителями стран, участвовавших в конференции.
В данной работе предлагается рассмотреть возможность использования нераскрытых потенциалов космонавтики для решения глобальной проблемы потепления климата путем пополнения Адаптационного фонда ООН за счет реализации редких материалов, добытых на Луне, и создания резервного космического энергоклиматического комплекса. Это позволит, с одной стороны, увеличить финансовую помощь развивающимся странам в борьбе с последствиями изменения климата и оказать поддержку развитию лунной промышленной инфраструктуры, а также созданию космической системы регулирования термического режима, с другой стороны, соответственно возможностям стабилизировать географические координаты климатических зон, уровень океана и т. д., уменьшив потери живой природы и, в т. ч., Цивилизации.

Ключевые слова: глобальный климат, возобновляемые источники энергии, лунные редкоземельные материалы, космическая техника, лунная промышленная инфраструктура.

Список литературы

1. Коротеев А.С., Семенов Ю.П., Семенов В.Ф., Сизенцев Г.А., Синявский В.В., Соколов Б.А., Сотников Б.И. Космическая техника и космонавтика в решении экологических проблем мировой энергетики XXI века // Известия РАН. Энергетика. 2006. № 1. С. 142–155.
2. Turn down the heat: why a 4°C warmer world must be avoided. Режим доступа: скачать (дата обращения 28.07.2015 г.).
3. Будыко М.И. Климат в прошлом и будущем. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. С. 352.
4. Кокорин А.О. Изменение климата: обзор Пятого оценочного доклада. М.: Всемирный фонд дикой природы (WWF), 2014. 80 с. Режим доступа: http://www.wwf.ru/resources/publ/book/916 (дата обращения 28.07.2015 г.).
5. Изменение климата, 2013 г. Физическая научная основа. Резюме для политиков. Вклад рабочей группы 1 в пятый доклад об оценке межправительственной группы экспертов по изменению климата. Режим доступа: https://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/wg1/WG1AR5_SPM_brochure_ru.pdf (дата обращения 28.07.2015 г.).
6. Пресс-релиз МГЭИК 31 марта 2014 г. Доклад МГЭИК: Изменяющийся климат порождает широко распространенные риски, однако существуют возможности для эффективных ответных мер. Режим доступа: скачать (дата обращения 28.07.2015 г.).
7. Общий информационный пакет. 5-й оценочный отчет МГЭИК, РГ-3. Режим доступа: http://infoclimate.org/wp-content/uploads/2014/04/rabochaya-grupa-3.pdf (дата обращения 28.07.2015 г.).
8. Делукки М., Джейкобсон М. Путь к надежной энергетике в 2030 году // В мире науки. 2010. № 01. С. 44–51.
9. Кокорин А.О. Парижская конференция по климату: успех или провал // Независимая газета. 12.01.2016 г. Режим доступа: скачать (дата обращения 28.11.2018 г.).
10. Климат для чайников: задачи и трудности парижской конференции ООН СОР 21. Режим доступа: ru.rfi.fr/frantsiya/20151130-sor21-zadachi-i-trudnosti-parizhskoi-konferentsii-oon-po-klimatu (дата обращения 21.08.2018 г.).
11. ТАСС 25.11.2017 г. Адаптационный фонд станет финансовым инструментом Парижского климатического соглашения. Режим доступа: http://tass.ru/plus-one/4753805 (дата обращения 28.11.2018 г.).
12. Луна — шаг к технологиям освоения Солнечной системы / Под науч. ред. В.П. Легостаева и В.А. Лопоты. М.: РКК «Энергия», 2011. С. 584.
13. Шевченко В.В. Утилизация привнесенного на Луну астероидного вещества как более экономичный путь к получению космических ресурсов высокой ценности // Космическая техника и технологии. 2018. № 1. С. 5–22.
14. Сизенцев Г.А. Космический комплекс для решения энергоклиматических проблем на Земле // Космическая техника и технологии. 2013. № 3. С. 82–95.
15. Беляев Л.С., Лагерев А.В., Посекалин В.В. и др. Энергетика XXI века: Условия развития, технологии, прогнозы / Отв. ред. Н.И. Воропай. Новосибирск: Наука, 2004. 386 с.
16. Сизенцев Г.А., Сотников Б.И. Концепция космической системы регулирования термического режима земной атмосферы // Известия РАН. Энергетика. 2009. № 2. С. 91–100.
17. Зеленый Л.М. Космические исследования необходимы для жизни на Земле // Экология и жизнь. 2011. № 9(118). С. 48–55.