Русский
На главную Написать письмо Контакты Карта сайта

Свежий номер

Журнал "Космическая техника и технологии"
№ 2 (29), 2020

Содержание номера

05.07.10 ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Инака К., Ичимизу С., Йошизаки И., Kихира К., Лавренко Е.Г., Прохорова А.В., Прудкогляд В.О., Сорокин И.В., Tакахаши С., Tанака Х., Фудзии Т., Ямада М.
Технология получения высококачественных кристаллов белков на МКС при выполнении совместных российско-японских экспериментов

Серия космических экспериментов, выполненная на борту Международной космической станции (МКС) и связанная с выращиванием высококачественных кристаллов белков (Protein Crystal Growth — PCG) в условиях микрогравитации, может рассматриваться как один из лучших примеров плодотворного сотрудничества между японскими и российскими учеными и инженерами в космосе, в обеспечении которого принимали участие и другие партнеры по Программе МКС. В статье детально описывается схема реализации эксперимента PCG, оригинальная и надежная технология его проведения, а также даются примеры использования его результатов.

Ключевые слова: Международная космическая станция, кристаллы белков, микрогравитация, международное сотрудничество.

Список литературы

1. Garcia-Ruiz J.M., Moreno A. Investigations on protein crystal growth by the gel acupuncture method // Acta Cryst. 1994. V. D50. P. 484–490.
2. Garcia-Ruiz J.M., Gonzalez-Ramirez L.A., Gavira J.A., Otalora F. Granada Crystallization Box: a new device for protein crystallization by counter-diffusion techniques // Acta Cryst. 2002. V. D58. P. 1638–1641.
3. Yoshizaki I., Yamada M., Iwata M., Kato M., Kihira K., Ishida T., Wada Y., Nagao S. Recent Advance in High Quality Protein Crystal Growth Experiment on the International Space Station by JAXA // Int. J. Microgravity Sci. Appl. 2019. V. 36 (1). 360101.
4. Takahashi S., Koga M., Yan B., Furubayashi N., Kamo M., Inaka K., Tanaka H. JCB-SGT crystallization devices applicable to PCG experiments and their crystallization conditions // Int. J. Microgravity Sci. Appl. 2019. V. 36 (1). 360107.
5. Lopez-Jaramillo F.J., Otalora F., and Gavira J.A. Protein crystal quality in diffusive environments and its evaluation // J. Cryst. Growth. 2003. № 247. P. 177–184.
6. Sorokin I., Yamada M., Kihira K., Nagao S., Fujii T., Takahashi S., Tanaka H., Inaka K., Yoshizaki I. Space support of drug design: Japanese-Russian collaboration over high-quality protein crystals growing aboard the ISS // 32nd International Symposium on Space Technology and Science (ISTS-32), 15–22 June 2019, Fukui City, Japan. 2019. P. 21.
7. Garcia-Ruiz J.M., Otalora F., Novella M.L., Gavira J.A., Sauter C., Vidal O. A supersaturation wave of protein crystallization // J. Cryst. Growth. 2001. № 232. P. 149–155.
8. Vergara A., Lorber B., Zagari A., Giege R. Physical aspects of protein crystal growth investigated with the Advanced Protein Crystallization Facility in reduced-gravity environments // Acta Cryst. 2003. V. D59. P. 2–15.
9. Sauter C., Otalora F., Gavira J.A., Vidal O., Giege R., Garcia-Ruiz J.M. Structure of tetragonal hen egg-white lysozyme at 0,94 A from crystals grown by the counter-diffusion method // Acta Cryst. 2001. V. D57. P. 1119–1126.
10. Garcia-Ruiz J.M., Novella M.L., Moreno R., Gavira J.A. Agarose as crystallization media for proteins I: Transport processes // J. Cryst. Growth. 2001. № 232. P. 165–172.
11. Gavira J.A., Garcia-Ruiz J.M. Agarose as crystallisation media for proteins II: trapping of gel fibres into the crystals // Acta Cryst. 2002. V. D58. P. 1653–1656.
12. Tanaka H., Inaka K., Sugiyama S., Takahashi S., Sano S., Sato M., Yoshitomi S. A simplified counter diffusion method combined with a 1D simulation program for optimizing crystallization conditions // J. Synchrotron Rad. 2004. V. 11. P. 45.
13. Sato M., Tanaka H., Inaka K., Shinozaki S., Yamanaka A., Takahashi S., Yamanaka M., Hirota E., Sugiyama S., Kato M., Saito C., Sano S., Motohara M., Nakamura T., Kobayashi T., Yoshitomi S., Tanaka T. JAXA-GCF project — High-quality protein crystals grown under microgravity environment for better understanding of protein structure // Microgravity sci. technol. 2006. V. XVIII-3/4. P. 5–10.
14. Sorokin I., Nakamura T., Kato M., Saito C. Japanese-Russian cooperation on International Space Station now and in the future // IAC Paper IAC-05-B4.3.03, 2005.
15. Takahashi S., Ohta K., Furubayashi N., Yan B., Koga M., Wada Y., Yamada M., Inaka K., Tanaka H., Miyoshi H., Kobayashi T., Kamigaichi S. JAXA protein crystallization in space: ongoing improvements for growing high-quality crystals // J. Synchrotron Rad. 2013. V. 20. P. 968–973. 16. SSP 51700 «Payload safety policy and requirements for the International Space Station».
17. SSP50094B «NASA/RSA joint specifications standards document for the ISS Russian Segment».
18. Kinoshita T., Maruki R., Warizaya M., Nakajima H., Nishimura S. Structure of a high-resolution crystal form of human trisephosphate isomerase: improvement of crystals using the gel-tube method // Acta Cryst. 2005. V. F61. P. 346–349.
19. Kitatani T., Nakamura Y., Wada K., Kinoshita T., Tamoi M., Shigeoka S., Tada T. Structure of apo-glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase from Synechococcus PCC7942 // Acta Cryst. 2006. V. F62. P. 727–730.
20. Tanaka H., Umehara T., Inaka K., Takahashi S., Shibata R., Bessho Y., Sato M., Sugiyama S., Fusatomi E., Terada T., Shirouzu M., Sano S., Motohara M., Kobayashi T., Tanaka T., Tanaka A., Yokoyama S. Crystallization of the archaeal transcription termination factor NusA: a significant decrease in twinning under microgravity condition // Acta Cryst. 2007. V. F63. P. 69–73.
21. Meyer A., Rypniewski W., Szymanski M., Voelter W., Barciszewski J., Betzel C. Structure of mistletoe lectin I from Viscum album in complex with the phytohormone zeatin // Biophysica Biophysica Acta. 2008. V. 1784. P. 1590–1595.
22. Oda K., Matoba Y., Noda M., Kumagai T., Sugiyama M. Catalytic Mechanism of bleomycin N-acetyltransferase proposed on the basis of its crystal structure // J. Biol. Chem. 2010. V. 285(2). P. 1446–1456.
23. Takahashi S., Tsurumur, T., Aritake K., Furubayashi N., Sato M., Yamanaka M., Hirota E., Sano S., Kobayashi T., Tanaka T., Inaka K., Tanaka H,. Urade Y. High-quality crystals of human haematopoietic prostaglandin D synthase with novel inhibitors // Acta Crystallographica. 2010. Section F: Structural Biology and Crystallization Communications, V. 66(Pt. 7). P. 846–850.
24. Tanaka H., Tsurumura T., Aritake K., Furubayashi N., Takahashi S., Yamanaka M., Hirota E., Sano S., Sato M., Kobayashi T., Tanaka T., Inaka K., Urade Y. Improvement in the quality of hematopoietic prostaglandin D synthase crystals in a microgravity environment // J. Synchrotron Rad. 2011. V. 18. P. 88–91.
25. Inaka K., Takahashi S., Aritake K., Tsurumura T., Furubayashi N., Yan B., Hirota E., Sano S., Sato M., Kobayashi T., Yoshimura Y., Tanaka H., Urade Y. High-quality protein crystal growth of mouse lipocalin-type prostaglandin D synthase in microgravity // Cryst. Growth Des. 2011. V. 11. P. 2107–2111.
26. Nakano H., Hoshokawa A., Tagawa R., Inaka K., Ohta K., Nakatsu T., Kato H., Watanabe K. Crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of Pz peptidase B from Geobacillus collagenovorans MO-1 // Acta Cryst. 2012. V. F68. P. 757–759.
27. Malecki P.H., Rypniewski W., Szymanski M., Barciszewski J., Meyer A. Binding of the plant hormone kinetin in the active site of Mistletoe Lectin I from Viscum album // Biophysica Biophysica Acta. 2012. V. 1824. P. 334–338.
28. Yoshikawa S., Kukimoto-Niino M., Parker L., Handa N., Terada T., Fujimoto T., Terazawa Y., Wakiyama M., Sato M., Sano S., Kobayashi T., Tanaka T., Chen L., Liu Z-J., Wang B-C., Shirouzu M., Kawa S., Semba K., Yamamoto T., Yokoyama S. Structural basis for the altered drug sensitivities of non-small cell lung cancer-associated mutants of human epidermal growth factor receptor // Oncogene. 2013. V. 32. P. 27–38.
29. Aris S.N.A.M., Chor A.L.T., Ali M.S.M., Basri M., Salleh A.B., Rahman R.N.Z.R.A. Crystallographic analysis of ground and space thermostable T1 lipase crystal obtained via counter diffusion method approach // BioMed Research International. 2014. 904381.
30. Sakamoto Y., Suzuki Y., Iizuka I., Tateoka C., Roppongi S., Fujimoto M., Inaka K., Tanaka H., Masaki M., Ohta K., Okada H., Nonaka T., Morikawa Y., Nakamura K.T., Ogasawara W., Tanaka N. S46 peptidases are the first exopeptidases to be members of Clan PA // Scientific Reports. 2014. V. 4. P. 4977.
31. Nakamura A., Ishida T., Kusaka K., Yamada T., Fushinobu S., Tanaka I., Kaneko S., Ohta K., Tanaka H., Inaka K., Higuchi Y., Niimura N., Samejima M., Igarashi K. «Newton’s cradle» proton relay with amide-imidic acid tauromerization in inverting cellulose visualized by neutron crystallography // Sci. Adv. 2015. Article number 1:e1500263.
32. Sakamoto Y., Suzuki Y., Iizuka I., Tateoka C., Roppongi S., Fujimoto M., Inaka K., Tanaka H., Yamada M., Ohta K., Gouda H., Ogasawara W., Tanaka N. Structural and mutational analyses of dipeptidyl peptidase 11 from Porphyromonas gingivalis reveal the molecular basis for strict substrate specificity // Scientific Reports. 2015. V. 5. Article № 11151.
33. Yoshida H., Yoshihara A., Ishii T., Izumori K., ad Kamitori S. X-ray structures of the Pseudomonas cichorii D-tagatose 3-epimerase mutant form C66S recognizing deoxy sugars as substrates // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2016. № 100(24). P. 10403–10415.
34. Itoh T., Hibi T., Suzuki F., Sugimoto I., Fujiwara A., Inaka K., Tanaka H., Ohta K., Fujii Y., Taketo A., Kimoto H. Crystal structure of chitinase ChiW from paenibacillus sp. str. FPU-7 reveals a novel type of bacterial cell-surface-expressed multi-modular enzyme machinery // PLOS ONE. 2016: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0167310.
35. Kinoshita T., Hashimoto T., Sogabe Y., Fukada H., Matsumoto T., Sawa M. High resolution structure discloses the potential for allosteric regulation of mitogen-activated protein kinase kinase 7 // Biochemical and Biophysical Research Communications. 2017. V. 493. P. 313–317.
36. Yokomaku K., Akiyama M., Morita Y., Kihira K., Komatsu T. Core–shell protein cluster comprising haemoglobin and recombinant feline serum albumin as an artificial O2 carrier for cats // Journal of Materials Chemistry B. 2018. № 6. P. 2417–2425.
37. Negoro S., Shibata N., Lee Y., Takehara I., Kinugasa R., Nagai K., Tanaka Y., Kato D., Takeo M., Goto Y., Higuchi Y. Structural basis of the correct subunit assembly, aggregation and intracellular degradation of nylon hydrolase // Scientific Reports. 2018. V. 8. P. 9725.
38. Morita Y., Yamada T., Kureishi M., Kihira K., Komatsu T. Quaternary structure analysis of a hemoglobin core in hemoglobin–albumin cluster // J. Phys. Chem. B. 2018. V. 122. № 50. P. 12031–12039.
39. Hatae H., Inaka K., Okamura R., Furubayashi N., Kamo M., Kobayashi T., Abe Y., Iwata S., Hamasaki N. Crystallization of human erythrocyte band 3, the anion exchanger, at the International Space Station «KIBO» // Analytical Biochemistry. 2018. V. 559. P. 91–93.
40. Nakae S., Shionyu M., Ogawa T., Shirai T. Structures of jacalin-related lectin PPL3 regulating pearl shell // Proteins. 2018. № 86(6). P. 1–10.
41. Nakamura T., Hirata K., Fujimiya K., Chirifu M., Arimori T., Tamada T., Ikemizu S., Yamagata Y. X-ray structure analysis of human oxidized nucleotide hydrolase MTH1 using crystals obtained under microgravity // Int. J. Microgravity Sci. Appl. 2019. № 36(1). Article № 360103.
42. Sakamoto Y., Roppongi S., Suzuki Y., Ishihara T., Hidaka K., Nakamura A., Honma N., Ogasawara W., Tanaka N. The crystal structure of peptidase toward drug discovery // Int. J. Microgravity Sci. Appl. 2019. № 36(1). Article № 360106 (in Japanese).
43. Tikhonova T., Tikhonov A., Trofimov A., Polyakov K., Boyko K., Cherkashin E., Rakitina T., Sorokin D., Popov V. // Comparative structural and functional analysis of two octaheme nitrite reductases from closely related Thioalkalivibrio species // FEBS Journal. 2012. V. 279. P. 4052–4061.
44. Akparov V.K., Timofeev V.I., Kuranova I.P. Three-dimensional structure of recombinant carboxypeptidase T from Thermoactinomyces vulgaris without calcium ions // Crystallography Reports. 2011. V. 56. № 4. P. 596–602.
45. Petrova T, Bezsudnova E.Y, Boyko K.M., Mardanov A.V., Polyakov K.M., Volkov V.V., Kozin M., Ravin N.V., Shabalin I.G., Skryabin K.G., Stekhanova T.N., Kovalchuk M.V., Popov V.O. ATP-dependent DNA ligase from Thermococcus sp. 1519 displays a new arrangement of the OB-fold domain // Acta Crystallogr. Sect F Struct Biol CrystCommun. 2012. V. 68(Pt 12). P. 1440–1447.
46. Safonova T.N., Mordkovich N.N., Polyakov K.M., Manuvera V.A., Veiko V.P., Popov V.O. Crystallization of uridine phosphorylase from Shewanellaoneidensis MR-1 in the laboratory and under microgravity and preliminary X-ray diffraction analysis // Acta Crystallogr. Sect F Struct Biol CrystCommun. 2012. V. 68 (Pt 11). P. 1387–1389.
47. Timofeev V.I., Smirnova E.A, Chupova L.A., Esipov R.S., Kuranova I.P. X-ray study of the conformational changes in the molecule of phosphopantetheineadenylyltransferase from Mycobacterium tuberculosis during the catalyzed reaction // Acta Crystallographica. 2012. Section D68. Р. 1660–1670.
48. Trofimov A.A., Polyakov K.M., Tikhonova T.V., Tikhonov A.V., Safonova T.N., Boyko K.M., Dorovatovskii P.V., Popov V.O. Covalent modifications of the catalytic tyrosine in octahaem cytochrome c nitrite reductase and their effect on the enzyme activity // Acta Crystallogr. 2012. Section D68. P. 144–153.
49. Горбачева М.А., Ярош А.Г., Дороватовский П.В., Ракитина Т.В., Бойко К.М., Корженевский Д.А., Липкин А.В., Попов В.О., Шумилин И.А. Новый подход к исследованию структурно-функциональных свойств белков с неизвестными функциями // Биорганическая химия. 2012. Т. 38. № 1. С. 99.
50. Timofeev V.I., Kuznetsov S.A., Akparov V.Kh., Chestukhina G.G., Kuranova I.P. Three-dimensional structure of carboxypeptidase T from thermoactinomyces vulgaris in complex with N-BOC-L-leucine // Biochemistry (Moscow). 2013. V. 78. № 3. P. 252–259.
51. Timofeev V.I., Zhukhlistova N.E., Kuranova I.P., AbramchikYu.A., Fateev I.V., Murav'eva T.I., Esipov R.S. Three-dimensional structure of thymidine phosphorylase from E. coli in complex with 3'-Azido-2'-Fluoro-2',3'- Dideoxyuridine // Crystallography Reports. 2013. V. 58. № 6. P. 842–853.
52. Boyko K.M., Gorbacheva M.A., Rakitina T.V., Korzhenevsky D.A., Dorovatovsky P.V., Lipkin A.V., Popov V.O. Identification of a ligand in a protein structure with an unknown STM4435 function from Salmonella typhimurium // Reports of the Academy of Sciences. 2014. V. 457. № 1. P. 107–110. (in Russian).
53. Strelov V.I., Kuranova I.P., Zakharov B.G., Voloshin A.E. Crystallization in space: Results and prospects // Crystallography Reports. 2014. V. 59. № 6. P. 781–806.
54. Akparov V., Sokolenko N., Timofeev V., Kuranova I. Structure of the complex of carboxypeptidase B and N-sulfamoyl-L-arginine // Acta Crystallographica, Section F, Structural Biology Communications. 2015. V. 71 P. 1335–1340. DOI: 10.1107/S2053230X15016799.
55. Timofeev V.I., Slutskaya E.A., Korzhenevskiy D.A., Gorbacheva M.A., Boyko K.M., Rakitina T.V., Lipkin A.V., Popov V.O. Crystal structure of recombinant prolidase from Thermococcus sibiricus at P21221 spacegroup // Acta Cryst. 2015. Section F. V. 71(8). P. 951–957.
56. Petrova T., Slutskaya E., Boyko K., Sokolova O., Rakitina T., Korzhenevskiy D., Gorbacheva M., Bezsudnova E., Popov V. The localization of Trp residues on the surface of the dodecamer of the aminopeptidase APDkam598 from the archaeon Desulfurococcuskamchatkensis // Acta Cryst. 2015. Section F. V. 71(3). P. 277–285.
57. Timofeev V.I., Abramchik Yu.A.; Zhukhlistova N.E.; et al. Threedimensional structure of phosphoribosyl pyrophosphate synthetase from E-coli at 2.71 angstrom resolution // Crystallography Reports. 2016. V. 61. № 1. P. 44–54.
58. Timofeev V.I., Abramchik Yu.A. Zhukhlistova N.E.; et al. Threedimensional structure of E-Coli purine nucleoside phosphorylase at 0.99 resolution // Crystallography Reports. 2016. V. 61. № 2. P. 249–257.
59. Boyko K.M., Gorbacheva M.A., Korzhenevskiy D.A., Alekseeva M.G., Mavletova D.A., Zakharevich N.V., Elizarov S.M., Rudakova N.N., Danilenko V.N., Popov V.O. // Structural characterization of the novel aminoglycoside phosphotransferase AphVIII from Streptomyces rimosus with enzymatic activity modulated by phosphorylation // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2016. № 477. P. 595–601.
60. Akparov V.Kh., Timofeev V.I., Maghsoudi N.N., Kuranova I.P. Threedimensional structure of porcine pancreatic carboxypeptidase B with an acetate ion and two zinc atoms in the active site // Crystallography Reports. 2017. V. 62. № 2. P. 249–253.
61. Akparov V., Timofeev V., Khaliullin I., Svedas V., and Kuranova I. Structure of the carboxypeptidase B complex with N-sulfamoyl-L-phenylalanine — a transition state analog of non-specific substrate. 2017. http://dx.doi.org/10.1080/07391102.2017.1304242. P. 1–10.
62. Akparova V.Kh., Timofeev V.I., Khaliullin I.G., Svedase V., Kuranova I.P., Rakitina T.V. Crystal structures of carboxypeptidase T complexes with transition-state analogs // Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. 2017. DOI: http://doi.org/10.1080/07391102.2017.1404932.
63. Timofeev V.I., Sinitsyna E.V., Kostromina M.A., Muravieva T.I., Makarov D.A., Mikheeva O.O., Kuranova I.P., Esipov R.S. Crystal structure of recombinant phosphoribosylpyrophosphate synthetase 2 from Thermus thermophilus HB27 complexed with ADP and sulfate ions // Acta Cryst. 2017. Section F. V. 73. Part 6. P. 369–375.
64. Boyko K.M., Nikolaeva A.Y., Kachalova G.S., Bonchuk A.N., Popov V.O. Purification, isolation, crystallization, and preliminary X-ray diffraction study of the BTB domain of the centrosomal protein 190 from Drosophila Melanogaster // Crystallography Reports. 2017. V. 62. № 6. P. 909–911.
65. Timofeev V.I., Zhukhlistova N.E., Abramchik Y.A., Muravieva T.I., Esipov R.S., Kuranova I.P. Crystal structure of Escherichia coli purine nucleoside phosphorylase complexed with acyclovir // Acta cryst. 2018. Section F. V. 74. Issue 7. P. 402–409. DOI: https://doi.org/10.1107/S2053230X18008087.
66. Timofeev V.I., Zhukhlistova N.E., Abramchik Y.A., Fateev I.I., Kostromina M.A., Muravieva T.I., Esipov R.S., Kuranova I.P. Crystal structure of E. Coli purine nucleoside phosphorylase with 7-deazahypoxanthine // Acta cryst. 2018. Section F. V. 74. Issue 6. P. 355–362. DOI: https://doi.org/10.1107/S2053230X18006337.
67. Safonova T.N., Mikhailov S.N., Veiko V.P., Mordkovich N.N., Manuvera V.A., Alekseev C.S., Kovalchuk M.V., Popova V.O.,. Polyakov K.M. High-syn conformation of uridine and asymmetry of the hexameric molecule revealed in the high-resolution structures of Shewanellaoneidensis MR-1 uridine phosphorylase in the free form and in complex with uridine // Acta Crystallogr. 2014. Section D. V. 70. Issue 12. P. 3310.
68. Samygina V.R. Inorganic pyrophosphatases: structural diversity serving the function // Russian Chemical Reviews. 2016. V. 85. P. 464–474. 69. Akparov V.Kh., Timofeev V.I., Khaliullin I.G., Svedas V., Chestukhina G.G., Kuranova I.P. The new mechanism of substrate recognition by metallocarboxypeptidases // J. Med. Res. Dev. 2014. V. 3. № 4. P. 200.
70. Akparov V.Kh., Timofeev V.I., Kuranova I.P. Crystallization and preliminary X-ray diffraction study of porcine carboxypeptidase B // Crystallography Reports. 2015. V. 60. Issue 3. P. 367–369. DOI: 10.1134/S1063774515030025.
71. Akparov V.Kh, Timofeev V.I., Khaliullin I.G., Svedas V., Chestukhina G.G., Kuranova I.P. Structural insights into the broad substrate specificity of carboxypeptidase T from Thermoactinomyces vulgaris // Febs Journal. 2015. V. 282. Issue 7. P. 1214–1224. DOI: 10.1111/febs.13210.
72. Timofeev V.I., Chupova L.A., Esipov R.S., Kuranova I.P. Crystallization and preliminary X-ray diffraction study of phosphopantetheine adenylyltransferase from M. tuberculosis crystallizing in Space Group P32 // Crystallography Reports. 2015. V. 60. Issue 5. P. 682–684. DOI: 10.1134/S10 6377451505017X.
73. Podshivalov D.D., Timofeev V.I., Sidorov-Biryukov D.D., Kuranova I.P. Virtual Screening of Selective Inhibitors of PhosphopantetheineAdenylyltransferase from Mycobacterium Tuberculosis // Crystallography Reports. 2017. V. 62. № 3. P. 405.
74. Куранова И.П. Фосфопантетеинаденилилтрансфераза Mycobacterium tuberculosis и тимидинфосфорилаза E. coli-белки-мишени для действия лекарств: пространственная структура и механизм действия // Вестник РФФИ. 2014. № 2(82). С. 45–55.
75. Timofeev V.I., Abramchik Yu.A, Zhukhlistova N.E., Kuranova I.P. Crystallization and preliminary X-ray diffraction study of phosphoribosyl pyrophosphate synthetase from E. Coli // Crystallography Reports. 2015. V. 60. Issue 5. P. 685–688. DOI: 10.1134/S1063774515050181.
76. Nikolaeva A.Yu., Timofeev V.I., Boiko K.M., Korzhenevskii D.A., Rakitina T.V., Dorovatovskii P.V., Lipkin A.V. Isolation, purification, crystallization, and preliminary X-ray diffraction study of the crystals of HU protein from M. gallisepticum // Crystallography Reports. 2015. V. 60. № 6. P. 880–883.
77. Esipov R.S., Abramchik Yu.A., Fateev I.V., Muravyova T.I., Artemova K.G., Konstantinova I.D., Kuranova I.P., Miroshnikov A.I. Recombinant phosphoribosyl pyrophosphate synthetases from Thermus thermophilus HB27: Isolation and properties // Russian journal of bioorganic chemistry. 2016. V. 42. № 5. P. 512–521.
78. Abramchik Y.A., Muravieva T.I., Sinitsyna E.V., Esipov R.S., Timofeev V.I., Kuranova I.P. Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of recombinant phosphoribosylpyrophosphate synthetase from the Thermophilic thermus thermophilus strain HB27 // Crystallography Reports. 2017. V. 62. № 1. P. 78–81.
79. Sinitsyna E.V., Timofeev V.I., Tuzova E.S., Kostromina M.A., Murav’eva T.I., Esipov R.S., Kuranova I.P. Crystallization and preliminary X-ray diffraction study of recombinant adenine phosphoribosyltransferase from the thermophilic bacterium Thermus thermophilus strain HB27 // Crystallography Reports. 2017. V. 62. № 4. P. 580–583.
80. Timofeev V.I., Sinitsyna E.V., Kostromina M.A., Muravieva T.I., Makarov,D.A., Mikheeva O.O., Kuranova I.P., Esipov R.S. Crystal structure of recombinant phosphoribosyl-pyrophosphate synthetase 2 from Thermus thermophilus HB27 complexed with ADP and sulfate ions // Acta Crystallographica. Section F-Structural Biology Communications. 2017. V. 73. P. 369–375. DOI: 10.1107/S2053230X17007488.
81. Rai A., Robinson J.A., Tate-Brown J., Buckley N., Zell M., Tasaki K., Karabadzhak G., Sorokin I.V., Pignataro S. Expanded Benefits for Humanity from the International Space Station // Acta Astronautica. 2016. V. 126. P. 463–474.

 

05.07.02 ПРОЕКТИРОВАНИЕ, КОНСТРУКЦИЯ И ПРОИЗВОДСТВО ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Межин В.С., Обухов В.В.
Метод расчета энергетической спектральной плотности вибраций конструкций крупногабаритного навесного оборудования малой массы, входящего в состав космического аппарата

В процессе старта и на участке выведения крупногабаритное навесное оборудование космического аппарата подвергается воздействию интенсивных вибраций, во многом обусловленных воздействием акустических давлений. Для обеспечения надежного функционирования всех систем космических аппаратов на орбите необходимо максимально достоверно (с использованием подтвержденных экспериментально математических моделей) оценивать режимы вибрационного нагружения. Определение параметров виброакустической реакции конструкции оборудования является важной проблемой для тех частей (элементов) конструкции, которые имеют большую площадь поверхности при сравнительно малой массе. Такими конструкциями, в частности, являются солнечные батареи в сложенном состоянии и антенны рефлекторного типа.
Целью данной работы является апробация методики расчета энергетических спектральных плотностей вибраций в диапазоне низких и средних частот (25…400 Гц) и ее применение для упомянутых конструкций на участке старта и полета в составе ракеты космического назначения в зоне максимальных скоростных напоров, когда уровни акустического давления, а следовательно, и их влияние на виброакустическую реакцию этих конструкций, максимальны. Реализация поставленной цели осуществлена на примере солнечной батареи, а также антенны рефлекторного типа, используемых, соответственно, в системе энергоснабжения и бортовом радиотехническом комплексе одного из космических аппаратов разработки РКК «Энергия».

Ключевые слова: воздушная среда, космический аппарат, солнечная батарея, антенна рефлекторного типа, динамическая модель, спектральная плотность, акустическое давление, виброакустическая реакция конструкции.

Список литературы

1. Межин В.С., Притыковский Б.П., Авершьева А.В. Оценка влияния воздушной среды на динамические характеристики солнечных батарей космических аппаратов // Космическая техника и технологии. 2015. № 2(9). С. 75–81.
2. Межин В.С., Обухов В.В. Разработка и экспериментальное подтверждение динамической конечно-элементной модели солнечной батареи в конфигурации участка выведения, учитывающей влияние воздушной среды // Космическая техника и технологии. 2018. № 1(20). С. 98–108.
3. Ku band ULRVXE and C band ULRVXW sine test. Airbus Safran Launchers, 2016, 95 p.
4. Zenit-3SLB. User’s Manual Guide. Issue 2. Roscosmos, 2012. 215 p.
5. Аксенов А.А., Дядькин А.А., Рыбак С.П. Численное моделирование ударно-волновых воздействий на возвращаемый аппарат пилотируемого транспортного корабля при срабатывании системы аварийного спасения // Космическая техника и технологии. 2016. № 4(15). С. 3–13.
6. Eldred K.M. Acoustic loads generated by the propulsion system // NASA-SP-8072. 1972. 58 p.
7. Morshed M., et al. Prediction of acoustic loads on a launch vehicle fairing during liftoff // Journal of Spacecrafts and Rockets. January 2013. Р. 3–32.
8. Coe C.F. Surface-pressure fluctuations associated with aerodynamic noise // Basic Aerodynamic Noise Research. Ed. by Schwartz I.R. NASA SP–207. NASA. 1971. 49 p.
9. Irvine Tom. Predictions of sound pressure levels on rocket vehicles during ascent // Revision E. 2011. 27 p.
10. Dynamic Environmental Criteria // NASA – HDBK–7005. NASA. 2001. 236 p.
11. Overview of the acoustic testing of the European Service Module Structural Test Article // ESA. 2017. 43 p.
12. Acoustic User’s Guide. Siemens product pifecycle management software Inc. 2016. 84 p.
13. MSFC-STD-3676, revision A. Development of vibroacoustics and shock design and test criteria // NASA. 2013. 37 p.
14. Proton launch system mission planner’s guide // Revision 7, Roscosmos. 2009. 249 p.
15. Space Launch System (SLS) design manual guide // NASA. 2017. 132 p.
16. Park R. et al. Acoustics and vibroacoustics applied in space industry. Chapter 20 // INTECH. 2013. P. 480–511.
17. Dandaroy I. Backshell acoustic test of Orion spacecraft // LMSSC.2015. P. 27.

 

Софинский А.Н.
Инженерная методика оценки несущей способности и ресурса конструкции с дефектом

Изделие ракетно-космической техники состоит из десятков тысяч деталей. Практически каждый экземпляр имеет несоответствия изготовленной материальной части по отношению к конструкторской документации. Производственные дефекты часто возникают или выявляются на заключительных стадиях сборки изделия или подготовки его к пуску. В этих случаях устранение несоответствия невозможно или связано со значительными сложностями и затратами. Описанная в статье методика позволяет дать оценку степени влияния характерного дефекта на несущую способность, прочность, герметичность, ресурс конструкции в условиях ее эксплуатации. Разделы методики включают в себя описание операций, связанных с неразрушающими методами контроля, определением нагрузок на изделие и других условий эксплуатации, расчетом напряженно-деформированного состояния, экспериментальным определением характеристик материала, прогнозом кинетики трещины с позиций механики разрушения. Методика дает инженеру-расчетчику алгоритм решения комплексной задачи оценки ресурса, состоящий из последовательности частных задач: разработки конечно-элементной модели, классификации дефекта, построения блока нагружения, расчета напряженно-деформированного состояния, прогноза поведения начального дефекта. Внедрение методики в инженерную практику позволит повысить достоверность оценки несущей способности и ресурса, а следовательно, надежность и безопасность эксплуатации изделия.

Ключевые слова: конструкция, дефект, трещина, нагрузки, напряженное состояние, свойства материалов, механика разрушения, прочность, герметичность, ресурс.

Список литературы

1. ГОСТ 2601-84. Сварка металлов. Термины и определения основных понятий. М.: ИПК Издательство стандартов, 1997. 48 с.
2. ОСТ 92-1114-80. Соединения сварные. Общие технические требования. М.: Издание официальное, 1980. 102 с.
3. Ковтун В.С., Королев Б.В., Синявский В.В., Смирнов И.В. Космические системы связи разработки ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С.П. Королёва // Космическая техника и технологии. 2015. № 2(9). С. 3–24.
4. Легостаев В.П., Марков А.В., Сорокин И.В. Целевое использование Российского сегмента МКС: значимые научные результаты и перспективы // Космическая техника и технологии. 2013. № 2. С. 3–18.
5. 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.
6. ГОСТ 7512-82. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод. М.: Стандартинформ, 2008. 15 с.
7. ГОСТ Р55724-2013. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые. М.: Стандартинформ, 2014. 27 с.
8. ГОСТ 18442-80 Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования. М.: ИПК Издательство стандартов, 2005. 20 с.
9. ГОСТ Р56512-2015. Контроль неразрушающий. Магнитопорошковый метод. Типовые технологические процессы. М.: Стандартинформ, 2016. 61 с.
10. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974. 640 с.
11. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974. 312 с.
12. Левин В.А., Морозов Е.М., Матвиенко Ю.Г. Избранные нелинейные задачи механики разрушения. М.: Физматлит, 2004. 408 с.
13. Матвиенко Ю.Г. Модели и критерии механики разрушения. М.: Физматлит, 2006. 328 с.
14. Матвиенко Ю.Г. Тенденции нелинейной механики разрушения в проблемах машиностроения. М.–Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2015. 56 с.
15. Одинг И.А. Допускаемые напряжения в машиностроении и циклическая прочность металлов. М.: Машгиз, 1962. 260 с.
16. Griffith A.A. The phenomenon of rupture and flow in solids // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1921. Series A. V. 221. P. 163-198.
17. Orowan E.O. Fundamentals of brittle behavior of metals. In: Fatigue and Fracture of Metals. New York, Wiley, 1950. Р. 139–167.
18. Irvin G.R. Fracture dynamics // Fracture of Metals, A&M, Cleveland, 1948. Р. 147–166.
19. Irvin G.R. Analysis of stresses and strains near the end of a crack traversing a plate // J. Appl. Mech. 1957. 24. № 3. Р. 361–364.
20. Ресурс материалов и конструкций: монография / под науч. ред. В.С. Бондаря. М.: Московский Политех, 2019. 190 с.
21. Гольденблат И.И., Копнов В.А. Критерии прочности и пластичности конструкционных материалов. М.: Машиностроение, 1968. 192 с.
22. Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчет деталей машин на прочность. М.: Машиностроение, 1975. 488с.
23. Трощенко В.Т. Прочность материалов и конструкций / Сб. (отв. ред. В.Т. Трощенко). Киев: Академпериодика, 2005. 1088 с.
24. Paris P.C., Gomez M.P., Anderson W.E. A rational analytic theory of fatigue // The Trend in Engineering. 1961. V. 13. P. 9–14.
25. Безмозгий И.М., Бобылев С.С., Софинский А.Н., Чернягин А.Г. Нагружение и прочность конструкций транспортного космического корабля при воздействии отсечки тяги двигателя третьей ступени ракеты-носителя // Космическая техника и технологии. 2017. № 2(17). С. 63–79.
26. Безмозгий И.М., Софинский А.Н., Чернягин А.Г. Напряженно-деформированное состояние и прочность сварной оболочки с тоннельной трубой // Космическая техника и технологии. 2016. № 3(14). С. 43–55.
27. Софинский А.Н. Влияние искажения формы конструкции на ее несущую способность // Космическая техника и технологии. 2016. № 2(13). С. 34–44.
28. Безмозгий И.М., Софинский А.Н., Чернягин А.Г. Прочность тонкостенной герметичной сварной оболочки с искажениями формы // V Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы ракетно-космической техники». Сб. материалов. Самара: АО «РКЦ Прогресс», 2017. С. 88–89.

 

05.07.03 ПРОЧНОСТЬ И ТЕПЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Черкасов С.Г., Лаптев И.В., Городнов А.О.
Термодинамическая модель процессов в криогенных топливных баках

Предложена упрощенная модель теплофизических процессов для различных режимов работы криогенного топливного бака на основе предположения об однородности параметров в жидкой и паровой фазах компонента. Модель является универсальной и позволяет моделировать различные режимы работы бака, такие как заправка, отбор компонента для работы двигателя с наддувом бака, бездренажное хранение и др. При помощи данной модели проведена оценка массы потерь жидкого водорода при заправке на космодроме перспективного разгонного блока. Для режима бездренажного хранения результаты расчета по представленной модели сравниваются с данными экспериментов. Получено, что данный подход существенно занижает скорость роста давления, причем погрешность падает при уменьшении степени заполнения бака. По результатам сравнения, в случае бездренажного хранения рекомендуется применять данную методику в качестве оценки скорости роста давления снизу.

Ключевые слова: криогенный топливный бак, бездренажное хранение, внутрибаковые процессы, математическое моделирование, методика расчета, заправка, среднемассовая температура.

Список литературы

1. Амирханян Н.В., Черкасов С.Г. Теоретический анализ и методика расчета теплофизических процессов, протекающих в криогенной емкости в режиме бездренажного хранения // Теплофизика высоких температур. 2001. Т. 39. № 4. С. 970–976.
2. Черкасов С.Г., Миронов В.В., Миронова Н.А., Моисеева Л.А. Метод расчета скорости роста давления при бездренажном хранении жидкого водорода в емкостях // Известия РАН. Энергетика. 2010. Т. 4. С. 155–161.
3. Черкасов С.Г., Ананьев А.В., Миронов В.В., Моисеева Л.А. Температурное расслоение в вертикальной цилиндрической емкости с турбулентным свободно-конвективным пограничным слоем // Известия РАН. Энергетика. 2016. № 4. С. 137–146.
4. Кириченко Ю.А. К расчету температурного расслоения заполненных жидкостью замкнутых емкостей при постоянной плотности теплового потока на оболочке // ИФЖ. 1978. Т. 34. С. 5–12.
5. Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева. Режим доступа: www.khrunichev.ru/main.php?id=52 (дата обращения 17.04.2019 г.).
6. Иванов В.П., Партола И.С. Комбинированная система управления расходованием топлива кислород-водородного разгонного блока // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника. 2011. Т. 27. С. 28–34.
7. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.
8. Боровик И.Н. Технический облик кислородно-водородной жидкостной ракетной двигательной установки межорбитального транспортного аппарата // Авиационная и ракетно-космическая техника. 2011. № 5(38). С. 108–112.
9. Смоленцев А.А., Соколов Б.А., Туманин Е.Н. Теплоизоляция баков с температурой компонентов топлива ниже температуры конденсации воздуха двигательных установок ракет-носителей с ЖРД // Известия РАН. Энергетика. 2013. № 6. С. 48–55.
10. Van Dresar N.T., Lin C.S., Hasan M.M. Self-pressurization of a flightweight liquid hydrogen tank: Effect of fill level at low wall heat flux // AIAA Paper. February 1992. 9 p. DOI 10.2514/6.1992-818.
11. Belyayev A.Yu., Ivanov A.V., Egorov S.D., Voyteshonok V.S., Mironov V.M. Pathways to solve the problem of cryogenic rocket propellant long storage in space // Proc. Int. Aerospace Congress, Moscow, Russia, August 15–19. 1994. V. 1. P. 558–562.

 

05.07.05 ТЕПЛОВЫЕ, ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
И ЭНЕРГОУСТАНОВКИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Синявский В.В.
Обзор результатов экспериментальных исследований нейтронно-физических характеристик термоэмиссионных реакторов-преобразователей на быстрых нейтронах

В статье выполнен аналитический обзор опубликованных работ по экспериментальному и, частично, расчетно-теоретическому исследованию нейтронно-физических характеристик критических сборок, моделирующих по геометрии и составу материалов термоэмиссионные реакторы-преобразователи (ТРП) на быстрых нейтронах. Приведены результаты исследований радиального распределения энерговыделения с размещением поглощающих и делящихся экранов на границе активной зоны с боковым отражателем, результаты выравнивания радиального энерговыделения и подавления локального всплеска энерговыделения в топливных сердечниках периферийных электрогенерирующих сборок–каналов (ЭГК). Приведены результаты экспериментальных измерений микроструктуры энерговыделения по сечению топливных сердечников. Приведен анализ результатов экспериментов и расчетов эффективности бокового отражателя с рабочими органами системы управления и защиты (СУЗ). Показано, что введение двенадцати рабочих органов СУЗ в реактор переводит его в глубоко подкритическое состояние. Экспериментально показано сокращение модульной сборки ТРП примерно на порядок относительно традиционной схемы сборки из отдельных ЭГК. Приведены результаты экспериментов на критсборке, моделирующей ТРП с гомогенной (не модульной) структурой активной зоны. Приведены результаты экспериментальных нейтронно-физических исследований условий работы лазеров с комбинированной накачкой в составе ТРП на быстрых нейтронах с замедляющим отражателем.

Ключевые слова: термоэмиссионный реактор, нейтронно-физические характеристики, распределение энерговыделения, поглощающие и делящиеся экраны, рабочие органы СУЗ, модульная сборка, лазеры с комбинированной накачкой.

Список литературы

1. Легостаев В.П., Лопота В.А., Синявский В.В. Эффективность применения космических ядерных энергетических и ядерных электроракетных двигательных установок // Космическая техника и технологии. 2013. № 1. С. 4–15.
2. Пупко В.Я. История работ в Физико-энергетическом институте по разработке и созданию ядерных ракетных двигателей и космических ядерно-энергетических установок / Сб. «Государственный научный центр Российской Федерации — Физико-энергетический институт им. академика А.И. Лейпунского — 50 лет». М.: ЦНИИатоминформ, 1996. С. 201–211.
3. Грязнов Г.М., Жаботинский Е.Е., Зродников A.B., Николаев Ю.В., Пономарев-Степной Н.Н., Пупко В.Я., Сербин В.И., Усов В.А. Термоэмиссионные реакторы-преобразователи космических ЯЭУ // Атомная энергия. 1989. Т. 66. Вып. 6. С. 374–377.
4. Пономарев-Степной Н.Н. Ядерная энергетика в космосе // Атомная энергия. 1989. Т. 66. Вып. 6. С. 371–374.
5. Коротеев А.С., Акимов В.Н., Попов С.А. Проект создания транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса // Полет. 2011. № 4. C. 93–99.
6. Сухов Ю.И., Синявский В.В. Обзор работ РКК «Энергия» имени С.П. Королёва по термоэмиссионным ядерным энергетическим установкам большой мощности космического назначения // Ракетно-космическая техника. Труды. Сер. XII. Королев: РКК «Энергия», 1995. Вып. 3–4. С. 13–28.
7. Синявский В.В. О работах РКК «Энергия» имени С.П. Королёва в области создания ядерно-энергетических установок и ядерных электроракетных двигательных установок большой мощности // Ракетно-космическая техника. Труды. Сер. XII. Королев: РКК «Энергия», 2007. Вып. 1–2. С. 8–19.
8. Лопота В.А., Легостаев В.П., Королёва Н.С., Шагов Б.В., Хамитов Р.С., Хабаров А.М., Синявский В.В., Бирюков Ю.В., Земляков С.А., Романов С.Ю., Деречин А.Г., Соколов Б.А., Сорокин И.В., Островский В.Г., Сизенцев Г.А., Сотников Б.И., Ковтун В.С., Королёв Б.В., Смирнов И.В., Гудилин В.Е., Цыганков О.С., Гузенберг А.С., Горшков Л.А., Стойко С.Ф. С.П. Королёв. Энциклопедия жизни и творчества. М.: РКК «Энергия», 2014. 704 с.
9. Кухаркин Н.Е., Пономарев-Степной Н.Н., Усов В.А. Космическая ядерная энергетика (ядерные реакторы с термоэлектрическим и термоэмиссионным преобразованием — «Ромашка» и «Енисей»). М.: ИздАТ, 2008. 146 с.
10. Ярыгин В.И., Ружников В.А., Синявский В.В. Космические и наземные ядерные энергетические установки прямого преобразования энергии. Монография. М.: Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ), 2016. 364 с.
11. Андреев П.В., Васильковский В.С., Зарицкий Г.А., Галкин А.Я. Космическая ядерная энергетика: перспективы и направления развития // Полет. 2006. № 4. С. 19–25.
12. Аракелов А.Г., Юдицкий В.Д. Литий-ниобиевая технология для космических энергоустановок на основе термоэмиссионного реактора-преобразователя // V межд. конф. «Ядерная энергетика в космосе». Подольск. 1999. С. 38–39.
13. Аракелов А.Г., Геков А.Ф., Минеева Л.В., Лукьянов А.Н. Ниобий как базовый конструкционный материал высокотемпературных космических ЯЭУ. Освоение ниобий-литиевой технологии // Тезисы докладов на конф. «Ядерная энергетика в космосе. Материалы. Топливо». Подольск. 1993. С. 199.
14. Баканов Ю.А., Семенов Ю.П., Синявский В.В., Масленников А.А., Юдицкий В.Д. О выборе типа, структуры и размерности источника электроэнергии электроракетного транспортного аппарата // Ракетно-космическая техника. Труды. Сер. XII. Королев: РКК «Энергия», 1996. Вып. 2–3. С. 11–21.
15. Синявский В.В. Научно-технический задел по ядерному электроракетному межорбитальному буксиру «Геркулес» // Космическая техника и технологии. 2013. № 3. С. 25–45.
16. Быстров П.И., Меркурисов Н.Х., Купцов Г.А. и др. Разработка, изготовление и испытания полномасштабного имитатора электрогенерирующего пакета модульной космической ЯЭУ с литий-ниобиевой системой охлаждения / Ракетно-космическая техника. Труды. Сер. XII. Королев: РКК «Энергия», 1996. Вып. 2–3. С. 64–77.
17. Меркурисов И.Х., Купцов Г.А., Понимаш И.Д., Смирнова А.А. Технологические исследования по созданию электрогенерирующего пакета для модуля ЯЭУ с литий-ниобиевой системой охлаждения // Избранные труды ФЭИ. 1996. Обнинск: Изд-во ФЭИ, 1997. С. 106–113.
18. Патент RU 2168794 С1. Российская Федерация. Термоэмиссионный реактор-преобразователь пакетной схемы. Синявский В.В., Юдицкий В.Д.; заявитель и патентообладатель — ОАО РКК «Энергия»; заявка 2000103844/09; приоритет от 15.02.2000 г.; опубликовано 10.06.2001 г.
19. Патент RU 2224328 С2. Российская Федерация. Термоэмиссионный реактор-преобразователь пакетной схемы. Синявский В.В., Юдицкий В.Д.; заявитель и патентообладатель — ОАО РКК «Энергия»; заявка 2002103583/09; приоритет от 08.02.2002 г.; опубликовано 20.02.2004 г.
20. Островский В.Г., Синявский В.В., Сухов Ю.И. Межорбитальный электроракетный буксир «Геркулес» на основе термоэмиссионной ядерно-энергетической установки // Космонавтика и ракетостроение. 2016. № 2(87). С. 68–74.
21. Синявский В.В. Проектные исследования термоэмиссионных ЯЭУ по литий-ниобиевой технологии электрической мощностью 5-10 мегаватт // Космическая техника и технологии. 2016. № 4(15). С. 31–42.
22. Косенко А.Б., Синявский В.В. Технико-экономическая эффективность использования многоразового межорбитального буксира на основе ядерной электроракетной двигательной установки для обеспечения больших грузопотоков при освоении Луны // Космическая техника и технологии. 2013. № 2. С. 72–84.
23. Быстров П.И., Соболев Ю.А., Пупко В.Я., Шестеркин А.Г. и др. Критический стенд для экспериментального оборудования нейтрон-но-физических параметров ТРП на быстрых нейтронах для ЯЭУ космического назначения / Сб. Ракетно-космическая техника. М.: НИИТП, 1993. Вып. 3(141). С. 63–72. 24. Альмамбетов А.К., Меркурисов И.Х., Понимаш И.Д., Овчаренко М.К., Шестеркин А.Г., Юргенеа А.П., Синявский В.В., Юдицкий В.Д.
Экспериментально-технологическая база ГНЦ РФ Физико-энергетический институт для обоснования нейтронно-физических параметров и отработки технологий и узлов термоэмиссионных реакторов-преобразователей на быстрых нейтронах космических ЯЭУ большой мощности // Ракетно-космическая техника. Труды. Сер. XII. Королев: РКК «Энергия», 2003. Вып. 1–2. С. 183–198.
25. Марин С.Н., Овчаренко М.К., Тарасов В.А., Шестеркин А.Г., Шестеркин Д.А., Гришин В.К., Синявский В.В., Юдицкий В.Д., Галкин А.Я., Сидоров В.Г. Обоснование ядерной безопасности технологии модульной сборки космических ЯЭУ большой мощности с ниобий-литиевой системой охлаждения // Ракетно-космическая техника. Труды. Сер. XII. Королев: РКК «Энергия», 2003. Вып. 1–2. С. 211–227.
26. Андреев П.В., Катышев С.А., Липовый Н.М., Макаренков Ю.Д., Марин С.Н., Овчаренко М.К., Соболев Ю.А., Цвирко В.А., Шестеркин А.Г. Шестеркин Д.А. Исследования нейтронно-физических характеристик термоэмиссионных реакторов-преобразователей на быстрых нейтронах с замедляющим отражателем большой мощности // Ракетно-космическая техника. Труды. Сер. XII. Королев: РКК «Энергия», 1998. Вып. 2–3. С. 40–59.
27. Казанский Ю.А., Матусевич Е.С. Экспериментальная физика реакторов. М.: Энергоатомиздат, 1994. 352 с.
28. Дурицкий И.А., Марин С.Н., Цоглин Ю.Л. и др. Использование калориметра полного теплового потока для определения тепловыделения в материалах критической сборки / Сб. Эксперимент в физике реакторов. М.: ЦНИИатоминформ, 1983. С. 217–221.
29. Андреев П.В., Бережняк А.И., Катышев С.А., Липовый Н.М., Макаренков Ю.Д., Марин С.Н., Матков А.Г., Овчаренко М.К., Соболев Ю.А., Шестеркин А.Г. Методы и средства исследований нейтронно-физических характеристик термоэмиссионных реакторов-преобразователей на быстрых нейтронах большой мощности // Ракетно-космическая техника. Труды. Сер. XII. Королев: РКК «Энергия», 1998. С. 23–39.
30. Марин С.Н. Некоторые дополнительные возможности современного калориметрического эксперимента на этапах обоснования характеристик и отработки конструкции энергоустановок для космоса // Международная конференция «Ядерная энергетика в космосе–2005», Москва-Подольск, 1-3 марта 2005 г.: сб. докл. в 3 т. М.: Изд-во ГУП НИКИЭТ, 2005. Т. 2. C. 362–370.
31. Бровальский Ю.А., Лебедева В.В., Райков И.И., Рожкова Н.М., Синявский В.В. Расчетное исследование энергетических характеристик термоэмиссионных электрогенерирующих элементов и сборок // Теплофизика высоких температур. 1975. Т. 14. № 5. С. 171–175.
32. Синявский В.В., Бержатый В.И., Маевский В.А., Петровский В.П. Проектирование и испытания термоэмиссионных твэлов. М.: Атомиздат, 1981. 96 с.
33. Шестеркин А.Г., Овчаренко М.К., Синявский В.В. Экспериментальные исследования распределения энерговыделения в активной зоне термоэмиссионного реактора-преобразователя на быстрых нейтронах // Известия РАН. Энергетика. 2009. № 4. С. 145–158.
34. Мендельбаум М.А., Савинов А.П., Синявский В.В. К расчету характеристик термоэмиссионных тепловыделяющих элементов // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. 1984. № 1. С. 108–114.
35. Синявский В.В. Графоаналитический метод определения длины элементов по высоте многоэлементной термоэмиссионной сборки // Атомная энергия. 1979. Т. 47. Вып. 3. С. 169–172.
36. Синявский В.В. Повышение энергетических характеристик термоэмиссионного реактора-преобразователя модульной конструкции при использовании нескольких типоразмеров электрогенерирующих каналов // Известия РАН. Энергетика. 2012. № 6. С. 89–95.
37. Бабушкин Ю.В., Зимин В.П., Синявский В.В. Моделирующая система KOPTES для исследования тепловых и электрических процессов в термоэмиссионных системах преобразования энергии // Ракетно-космическая техника. Труды. Сер. XII. Королев: РКК «Энергия», 1998. Вып. 1–2. С. 60–78.
38. Шестеркин А.Г., Овчаренко М.К., Синявский В.В., Тарасов В.А. Экспериментальное обоснование ядерной безопасности модульной сборки космической ядерно-энергетической установки // Известия РАН. Энергетика. 2007. № 4. С. 48–60.
39. Правила ядерной безопасности критических стендов. ПБЯ-02-78. М.: 1978.
40. Правила ядерной безопасности подкритических стендов ПБЯ-01-75. М.: 1975.
41. Правила безопасности при хранении и транспортировке ядерного топлива на объектах атомной энергетики. ПНАЭ Г-14-029-91. М.: 1992. 42. Синявский В.В. Методы и средства экспериментальных исследований и реакторных испытаний термоэмиссионных электрогенерирующих сборок. М.: Энергоатомиздат, 2000. 375 с.
43. Николаев Ю.В., Андреев В.Н., Выбыванец В.И., Гагарин А.С., Гонтарь А.С., Давыдов А.А., Еремин С.А., Ивонин В.Н., Ижванов О.Л., Королев В.У., Калмыков С.С., Кучеров Р.Я., Лапочкин Н.В., Менькин Л.И., Пивоваров В.Е., Синявский В.В., Сотников В.Н., Толстых Л.С., Федосеев А.П., Шулепов Л.Н. Разработка и ресурсные реакторные испытания термоэмиссионного ЭГК с карбидным топливом // Ракетно-космическая техника. Труды. Сер. XII. Королев: РКК «Энергия», 1996. Вып. 2–3. С. 85–98.
44. Лопота В.А., Масленников А.А., Синявский В.В. Система ядерных электроракетных транспортных аппаратов для удаления с геостационарной орбиты пассивных космических аппаратов // Известия РАН. Энергетика. 2009. № 1. С. 3–12.
45. Синявский В.В. Маневрирующий космический аппарат с мощным бортовым импульсным лазером для очистки околоземного пространства от техногенного засорения // Известия РАН. Энергетика. 2007. № 3. С. 102–105.
46. Быстров П.И., Горшков Л.А., Зеленщиков Н.И., Масленников А.А., ПуховА.А., Семенов Ю.П., Синявский В.В, Соболев Ю.А. О возможности использования термоэмиссионного реактора-преобразователя с ядерной накачкой лазерной системы применительно к очистке космоса от мусора // Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой: Труды межд. конф. в 3-х т. Обнинск, 1993. Т. 3. С. 257–261.
47. Аринкин Ф.М., Батырбеков Г.А., Бейсебаев А.О., Гизатулин Ш.Х., Таланов С.В, Хасенов М.У., Марин С.Н., Овчаренко М.К., Пупко В.Я., Раскач Ф.П., Шестеркин А.Г., Быстров П.И., Липовый Н.М., Соболев Ю.А. Нейтронно-физическое обоснование возможности работы лазеров с несамостоятельным разрядом в термоэмиссионном реакторе-преобразователе на быстрых нейтронах // Физика ядерно-возбуждаемой плазмы и проблемы лазеров с ядерной накачкой: Труды межд. конф. в 3-х т. Обнинск, 1993. Т. 3. С. 262–271.

 

Хаванов Е.С., Бесчастный Р.А., Фатеев Д.А.
Использование блоков суперконденсаторов в системе электроснабжения возвращаемого аппарата пилотируемого транспортного корабля

Представлена схема размещения системы электроснабжения (СЭС) возвращаемого аппарата (ВА) пилотируемого транспортного корабля (ПТК) на основе одноразовых батарей и автономных одноразовых источников тока, специализированных для обеспечения электрических импульсных нагрузок ВА ПТК при спуске. Рассмотрены особенности данной схемы.
Представлен вариант схемы размещения СЭС ВА ПТК c гибридными накопителями электрической энергии на основе литий-ионной аккумуляторной батареи и блоков суперконденсаторов (БСК) в едином корпусе.
Представлен вариант схемы размещения СЭС ВА ПТК с литий-ионными аккумуляторными батареями для обеспечения бортовых стационарных нагрузок и кабель-вставками на основе суперконденсаторов для обеспечения импульсных нагрузок (инициация пиросредств двигателей мягкой посадки ВА ПТК).
Разработана принципиальная схема устройства кабель-вставки с блоком суперконденсаторов (БСК–кабель-вставка), согласно которой для уточнения ее электрических параметров с учетом максимальных требований по импульсной нагрузке ВА в MATLAB/Simulink была синтезирована имитационная математическая модель БСК–кабель-вставки, и проведена серия симуляций. Представлены результаты моделирования, сделаны выводы о целесообразности применения данного устройства.

Ключевые слова: возвращаемый аппарат, кабель-вставка, блок суперконденсаторов, литий-ионная аккумуляторная батарея, пилотируемый транспортный корабль, математическая модель.

Список литературы

1. Грузков С.А., Останин С.Ю., Сугробов А.М., Токарев А.Б., Тыричев П.А. Электрооборудование летательных аппаратов: учебник для вузов в 2-х т. М.: Изд-во МЭИ, 2005. Т. 1. С. 480–559.
2. Соустин Б.П., Иванчура В.И., Чернышев А.И., Исляев Ш.Н. Системы электропитания космических аппаратов. Новосибирск: ВО «Наука», 1994. С. 250–308. 3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1964. С. 354–435.
4. Носкин Г.В., Харагезов Е.И., Хаванов Е.С., Бесчастный Р.А Первичные химические источники тока в электроснабжении пилотируемых возвращаемых космических аппаратов // Космическая техника и технологии. 2020. № 1(28). С. 34–41. DOI 10.33950/spacetech-2308-7625-2020-1-34-41.
5. Носкин Г.В., Хаванов Е.С., Бесчастный Р.А. Гибридный накопитель электрической энергии на основе литий-ионных аккумуляторов и блоков суперконденсаторов для систем электроснабжения возвращаемых космических аппаратов // Лесной вестник. 2019. Т. 23. № 4. С. 39–48. DOI 10.18698/2542-1468-2019-4-39-48.
6. Панкрашкин А.В. Ионисторы Panasonic: физика, принцип работы, параметры // Компоненты и технологии. 2006. № 9. С. 1–3.

 

05.07.07 КОНТРОЛЬ И ИСПЫТАНИЕ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И ИХ СИСТЕМ

Тупицын Н. Н.
Исследование радиального разгара отверстий в титановых оболочках емкостей высокого давления с кислородсодержащим газом

В работе представлены результаты экспериментального исследования радиального разгара отверстий в титановых образцах, имитирующих фрагмент оболочки емкости высокого давления, заполненной газообразным кислородом или кислородсодержащим газом. Испытания выявили возможность большого увеличения площади проходного сечения отверстия (в 140–2 250 раз по сравнению с начальным значением) в результате разгара малых сквозных отверстий при истечении через них кислородсодержащего газа с повышенным давлением и позволили определить кажущуюся скорость радиального разгара при различных концентрациях кислорода.
Предложенная математическая зависимость размера отверстий в титановой оболочке после их радиального разгара от параметров процесса может представлять интерес для анализа процессов, протекающих в технических системах при некоторых нештатных и аварийных ситуациях.

Ключевые слова: радиальный разгар отверстий, титановая емкость, кислородсодержащий газ, нештатные и аварийные ситуации.

Список литературы

1. Кобелев В.Н., Милованов А.Г. Средства выведения космических аппаратов. М.: Рестарт, 2009. 528 с.
2. Новые материалы в технике / Под ред. Е.Б. Тростянской, Б.А. Колачева и С.А. Сильвестрович. М.: Химия, 1964. С. 372.
3. Иванов Б.А. Безопасность применения материалов в контакте с кислородом. М.: Химия, 1984. 272 с.
4. Иванов Б.А., Измайлов Е.М., Наркунский С.Е., Никонов А.П., Плешаков В.Ф. Горение и взрыв. М.: Наука, 1972. С. 148–153.
5. Солнцев С.С., Туманов А.Т. Защитные покрытия металлов при нагреве. Справ. пос. М.: Машиностроение, 1976. С. 191.
6. Денисова В.С. Высокотемпературные стеклокерамические покрытия для защиты никелевых сплавов, формируемые при температурах, близких к рабочим // Космическая техника и технологии. 2018. № 2(21). С. 24–33.

 

05.07.09 ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА, УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Богер А.А., Тимаков С.Н., Сумароков А.В., Зыков А.В., Субботин А.В.
Управление параметрами солнечно-синхронных орбит спутников-осветителей

Работа посвящена проблеме освещения заполярных районов российских и зарубежных городов в период полярной ночи с помощью отражателей большой площади, размещенных на орбите Земли.
Разработан алгоритм управления параметрами солнечно-синхронных орбит силой светового давления со стороны Солнца, действующей на отражатель. Предложенный метод позволяет удерживать параметры вблизи заданных значений. Ввиду того, что в качестве управляющего воздействия используется сила светового давления, управление орбитой спутника происходит без затрат топлива, являющегося дорогим и ограниченным ресурсом на борту космического аппарата. В результате использование солнечного паруса позволяет увеличить срок эксплуатации спутника.
Также сделан вывод, что выбранной площади солнечного паруса не хватает для систематического изменения параметров орбиты, ее достаточно только для коррекции их значений.

Ключевые слова: освещение, солнечный парус, управление, параметры орбиты, сила светового давления.

Список литературы

1. Богер А.А. Поиск оптимальной орбиты спутника-осветителя // XXI Научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов. Королёв: РКК «Энергия», 2017. С. 9–10.
2. Богер А.А. Поиск оптимальной орбиты спутника для освещения заполярных городов // Тезисы докладов 60-ой научной конференции МФТИ. Долгопрудный: МФТИ, 2017. 220 с.
3. Богер А.А., Тимаков С.Н. Об освещенности заполярных районов России группировками спутников-осветителей во время полярной ночи суммарным отраженным солнечным светом // Труды ФГУП «НПЦАП» Системы и приборы управления. 2018. № 2. С. 11–13.
4. Егоров М.А., Егоров В.А., Сазонов В.В. Управление элементами орбиты спутника-осветителя. М.: Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, 1993. 19 с.
5. Богданов К.А. и др. Задачи управления движением космического аппарата с вращающимся солнечным парусом / монография под ред. дтн С.Н. Тимакова. Королёв: РКК «Энергия», 2016. 116 с.
6. Сумароков А.В., Тимаков С.Н, Богданов К.А. О решении задачи наведения спутника осветителя на заданный район поверхности Земли и оценка освещенности // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2017. № 6. C. 115–129.
7. Овчинников М. Ю. Введение в динамику космического полета / Уч. пос. М.: МФТИ, 2016. 208 с.
8. РД 50-25645.325-89. Методические указания «Спутники земли искусственные. Основные системы координат для баллистического обеспечения полетов и методика расчета звездного времени». М.: Изд-во стандартов, 1990. 19 с.

 

05.13.01 СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ (ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ)

Белоногов О.Б.
Методы расчета частотных характеристик разомкнутых сервоприводов и систем управления

Статья содержит результаты разработки методов расчета частотных характеристик разомкнутых сервоприводов и систем управления, в которых используются частотные характеристики замкнутых сервоприводов и систем управления, получаемых с использованием преобразований Фурье и Лапласа переходных характеристик, вычисляемых по их линейным или линеаризованным математическим моделям. Разработанные методы можно использовать для приближенного расчета частотных характеристик сервоприводов и систем управления по их математическим моделям с незначительными нелинейностями. Выводятся уравнения для расчета частотных характеристик разомкнутых сервоприводов и систем управления для нескольких частных случаев передаточной функции цепи обратной связи. Исследуется работоспособность разработанных методов расчета частотных характеристик разомкнутых сервоприводов и систем управления.
Получаемые частотные характеристики разомкнутых сервоприводов и систем управления можно использовать для оценки запасов устойчивости этих объектов по амплитуде и фазе.

Ключевые слова: частотные характеристики; разомкнутый сервопривод; системы управления.

Список литературы

1. Бабиков Н.А., Воронов А.А., Воронова А.А. и др. Теория автоматического управления / Учеб. для вузов по спец. «Автоматика и телемеханика». Под ред. А.А. Воронова. В 2-х ч. Ч. I. Теория линейных систем автоматического управления. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1986. 376 с.
2. Вавилов А.А., Солодовников А.И. Экспериментальное определение частотных характеристик автоматических систем. М.–Л.: Государственное энергетическое изд-во, 1963. 252 с.
3. Дьяконов В.П. Справочник по расчетам на микрокалькуляторах. 3-е изд., доп. и перераб. М.: Наука, 1989. 464 с.
4. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ. М.: Наука, 1989. 240 с.
5. Андреев Ю.Н., Белицкий Д.С. Расчет статических и динамических характеристик РП. ОФАП. Рег. № 780. 1979.
6. Белоногов О.Б. Моногармонический метод автоинтегрирования с локальным осреднением коэффициентов Фурье для расчета частотных характеристик динамических объектов и систем управления // Вестник ФГУП НПО им. С.А.Лавочкина. 2013. № 4. С. 53–56.
7. Белоногов О.Б. Моногармонический метод автоинтегрирования с полным осреднением коэффициентов Фурье для расчета частотных характеристик динамических объектов и систем управления // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2013. № 4. С. 3–13.
8. Белоногов О.Б. Двухканальный моногармонический метод автоинтегрирования для расчета частотных характеристик систем // Труды ФГУП «НПЦАП». 2014. № 1. С. 60–72.

 

К ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ УНИКАЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ

Хамиц И.И., Лебедев Г.В., Овчинников А.Г., Хомяков М.К., Овсянникова Н.Ю., Евсеенко О.В.
Аварийное спасение экипажа пилотируемого транспортного корабля «Союз» на участке выведения (к истории создания уникальной космической техники)

Статья посвящена созданию средств аварийного спасения экипажа космического корабля «Союз» при выведении на орбиту, содержит краткие материалы о научно-исследовательских, проектных, конструкторских и экспериментальных работах, выполненных специалистами РКК «Энергия» (ранее ОКБ-1), ЦНИИмаш (ранее НИИ-88), ЦАГИ и многих других предприятий-участников при разработке средств аварийного спасения.
В статье рассмотрены компоновочные решения по отделяемому головному блоку, алгоритмы работы системы аварийного спасения, представлены результаты моделирования движения отделяемого головного блока и структурных частей корабля в случае аварии носителя, приведены краткие результаты анализа реальных случаев аварийного спасения экипажа, включая аварию ракеты-носителя «Союз-ФГ» 11 октября 2018 г.

Ключевые слова: спускаемый аппарат, отделяемый головной блок, система аварийного спасения, средства отделения.

Список литературы

1. Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королёва 1946–1996. М.: РКК «Энергия», 1996. 670 с.
2. Космические аппараты / Под общ. ред. проф. К.П. Феоктистова. М.: Военное издательство, 1984. 319 с.
3. С.П. Королёв и его дело. Свет и тени в истории космонавтики / Под общ. ред. акад. Б.В. Раушенбаха. М.: Наука, 1998. 720 с.
4. С.П. Королёв. Энциклопедия жизни и творчества. М.: Энергия, 2014. 704 с.
5. Афанасьев И.Б., Батурин И.М. Мировая пилотируемая космонавтика. История. Техника. Люди. М.: РТСофт, 2005. 752 с.
6. История развития отечественной пилотируемой космонавтики. М.: ООО «Издательский дом «Столичная энциклопедия», 2015. 752 с.
7. Лившиц А.Н. Аварийное покидание летательного аппарата. М.: Радис-РРЛ, 2015. 595 с.
8. Кокушкин В.В., Хомяков М.К., Овсянникова Н.Ю. Динамика движения элементов головного блока пилотируемого корабля в аварийной ситуации // Вестник МГТУ им. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2016. № 1(106). С. 4–16.
9. Кокушкин В.В., Хомяков М.К., Овсянникова Н.Ю., Богомолов Н.В. Динамика отделения головного блока от ракеты-носителя в случае аварии на атмосферном участке выведения // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2017. № 2. С. 4–14.
10. Овсянникова Н.Ю. Динамика отделения спускаемого аппарата космического корабля «Союз» в случае аварии ракеты-носителя на атмосферном участке выведения // Космонавтика и ракетостроение. 2017. № 4(97). С. 34–40.
11. Рабинович Б.А. Безопасность человека при ускорениях (биомеханический анализ). М.: Книга и бизнес, 2007. 208 с.