Невероятно, но факт!
Главная / Космос / Многофункциональные конструкции

Многофункциональные конструкции

Благодаря объединению функций электроники, датчиков, систем распределения электропитания и терморегулирования с применением очень легких модульных конструкций на борту перспективных КА не будет кабелей и связанных с шиной распределительных коробок. Это позволит снизить массу КА почти в 10 раз, а занимаемый аппаратурой объем в 2 раза. Электронные модули на множестве микросхем будут монтироваться непосредственно на конструкции шины или встраиваться в нее. Гибкие соединительные элементы или перемычки будут соединять электрические цепи без сложного переплетения тяжелых кабелей. Такие конструкции позволят значительно сократить нагрузки и вибрации, возникающие при запуске КА и развертывании систем в космосе, что позволит снизить требования к прочности конструкции КА и уменьшить их массу.

Соединяющие элементы высокой и сверхвысокой плотности, микросхемные модули, радиационно стойкие процессоры и встраиваемые электронные средства. В качестве полупроводников предполагается использовать микросхемные модули, которые будут монтироваться не на поверхности элементов конструкции, а встраиваться в них. Они будут достаточно тонкими, что позволит иметь слоистую структуру, обеспечивающую теоретическую плотность -10 терафлопс/м3. Габариты и масса КА могут быть сокращены в 4-8 раз при уменьшении требований к энергопотреблению на 7-15 %.

На основе объединения нескольких микросхемных модулей и соединяющих элементов будут разработаны перспективные приемные модули передающих антенн для орбитальных платформ информационных КА.

Архитектура построения перспективных космических систем. Цель работ в этом направлении – исследование целесообразности и возможности построения распределенной системы КА, выполняющей функции одного крупного КА. Такие связки КА будут решать различные информационные задачи (радиолокация, сбор информации об окружающем космическом и околоземном пространстве, построение распределенных антенных систем и т.д.).

Легкие панели солнечных батарей (СБ) предполагается строить на базе конструкций из композиционных материалов без использования кабелей и проводки с применением электрошин и систем управления, встроенных в каркас панелей и вспомогательных элементов. Будут использоваться многоразовые, более дешевые, легкие и с лучшими характеристиками пластиковые шарниры СБ. При использовании тонкопленочных элементов и концентраторов удельная мощность СБ может составить 116 Вт/кг (для существующих СБ – 40-50 Вт/кг). Специальные конструкции СБ будут исключать вибрацию и тепловое воздействие на высокоэффективные фотогальванические тонкопленочные солнечные элементы с не-сколькими переходами.

Надувные конструкции позволят повысить степень миниатюризации (путем размещения спутников в контейнерах), снизить стоимость изготовления и выведения КА при обеспечении развертывания в космосе конструкций больших размеров, например антенных систем диаметром до 450 м, что обеспечит существенное по-вышение целевых характеристик информационных КА.

Универсальные комплексные энергосигнальные системы. Предполагается использовать технологии парофазного осаждения, позволяющие сопрягать тонкопленочные батареи и универсальную электронику с гибкими фотогальваническими элементами, в результате чего образуется “слоистая” шина спутника. Такие гибкие батареи можно будет навертывать вокруг других под систем, что даст возможность распределения функций шины на большие модульные антенны РЛС, приводя к созданию КА в виде “ковра-самолета”.

Микроэлектромеханические системы. Размеры этих механизмов будут составлять ~1 мм. Миллионы элементов микроэлектро-механических систем, каждый из которых имеет доступные для управления микродвигатели диаметром 0,1-1 мм, могут включаться индивидуально для обеспечения определенного порядка в группировке микроспутников. В качестве топлива может использоваться тефлон, который после воспламенения с помощью минизаряда создаст небольшой импульс. Лабораторный образец такого устройства уже включался 500 тыс. раз, демонстрируя ничтожно малый расход массы тефлонового топлива. Создание микродвигателей такого типа приведет к появлению концепции расходуемой конструкции в микроэлектромеханических системах. Тефлон или другое топливо также смогут выполнять функцию упрочняющих элементов конструкции и одновременно использоваться для работы микродвигателей коррекции орбиты КА.

Крупногабаритные облегченные оптические устройства. Будет разработана элементная база для космических телескопов и лазерных систем на основе высокопрецизионных облегченных гибких и адаптивных оптических средств, отражательных зеркал и систем управления нанометрической точности, обладающих высоконадежным и долговечным покрытием. Использование оптической или лазерной связи, в первую очередь между КА, позволит осуществлять передачу больших объемов информации. Такие технологии будут использованы для получения высокодетальных изображений из космоса в интересах решения задач наблюдения земной поверхности и космического пространства. В рамках данных работ будет исследоваться возможность широкого применения гиперспектральных изображений для локализации и распознавания различных объектов.

Робототехника. Самая актуальная задача робототехники видится в решении главным образом вопросов орбитального автоматического обслуживания и ремонта разнотипных КА, что позволит существенно сократить капитальные затраты на восполнение орбитальных группировок благодаря повышению восстанавливаемого ресурса.

Перспективные системы связи. Наращивание энергетического потенциала бортового комплекса связных КА немыслимо без создания крупногабаритных антенн. Технология создания крупногабаритных антенн с апертурой в сотни метров может быть разработана уже в 2005-2010 гг. В период до 2010 г. могут быть созданы одноэлементные зеркальные антенны с коэффициентом усиления до 50 дБ и многоэлементные антенны диаметром до 200 м с коэффициентом усиления до 100 дБ.

Вычислительные средства. Наряду с разработкой новых технологий, обеспечивающих создание перспективной элементной базы космических средств, серьезное внимание должно быть уделено интеграции всех систем КА с вычислительными средствами. В частности, бортовые ЭВМ уже сейчас стали центральным звеном, объединяющим в одно целое комплекс бортовых средств, во многом определяя ТТХ и эффективность применения КА. Перспектива этого направления видится в широком внедрении процессоров с переменной структурой, обладающих свойствами параллелизма и образующих микроминиатюрные распределенные вычислительные системы.

Системы управления КА. Нельзя обойти вниманием и такой важный вопрос, как повышение надежности и автономности систем управления КА. Перспективные КА и системы на их основе во многом будут обладать свойствами автономных самоорганизующихся систем, которые начнут самостоятельно определять направление и характер своих действий в интересах решения заданных целевых задач, осуществлять операции самодиагностики и восстановления в пределах как одного КА, так и всей орбитальной группировки. Голографические запоминающие устройства большой емкости позволят осуществить качественный скачок в развитии бортовых средств хранения, обработки и передачи высокоинтенсивных потоков информации, построении автономных адаптивных самообучающихся систем управления КА.

Перспективные направления развития радиоэлектронных средств. Необходимо отметить, что наряду с разработкой традиционных средств информационного обеспечения в настоящее время особое внимание уделяется перспективному направлению в области радиоэлектронной техники, базирующемуся на использовании методов сверхширокополосной короткоимпульсной электродинамики (СКЭ).

Технологии СКЭ позволяют получить более эффективные, а иногда и принципиально новые возможности решения следующих важных задач:

  1. радиолокации сверхвысокого разрешения (включающей возможность подповерхностного видения);
  2. сверхширокополосной связи со спектром,близким к “белому шуму”;
  3. создания распределенных мощных радиоэлектронных систем, фактически импульсных аналогов многоэлементных фазированных СВЧ-решеток.

Средства активной защиты и восстановления окружающей среды. Сохранение среды обитания, включая околоземное космическое пространство, также должно быть одной из важнейших целей космической деятельности. Весьма актуальны разработка и реализация ряда целевых программ, ориентированных на ослабление и ликвидацию негативных последствий антропогенного влияния на окружающую среду с помощью ракетно-космических средств и систем.

К задачам таких программ следует отнести:

  • сохранение и восстановление озонового слоя;
  • удаление особо опасных отходов промышленности и энергетики в космическое пространство;
  • очистку околоземного космоса от осколков и фрагментов техногенного происхождения.

Решить эти задачи можно, используя как механические (тралы, многоразовые станции сбора космического мусора и т.д.), так и энергоизлучающие орбитальные средства (лазерные, пучковые, СВЧ- и КВЧ-диапазонов). Энергодвигательные установки КА, межорбитальные буксиры. Одной из проблем, непосредственно связанных с повышением надежности и орбитального ресурса перспективных КА, является разработка долговечных и эффективных средств энергоснабжения бортовых систем, коррекции и изменения орбиты, обслуживания КА на орбите средствами ремонта и восстановления. Очевидно, что от решения этой проблемы во многом зависят решения всех перспективных задач космической деятельности, поскольку перспективные орбитальные средства требуют все более высокой энергово-оруженности при ресурсе активного существования 10-15 лет.

Двигательные и энергетические установки орбитальных средств относятся к числу наиболее трудоемких, сложных в отработке и производстве подсистем. Уровень энергомассового совершенства, ресурс активного функционирования, надежность, технико-экономические показатели ДУ и ЭУ во многом определяют функциональные возможности и технико-экономическую эффективность ракетно-космической техники в целом. Сроки разработки ДУ и ЭУ и отработки их новых образцов весьма длительны: 5-7 лет при условии наличия достаточного научно-технического задела. Именно поэтому следует обеспечить опережающее развитие ДУ и ЭУ для решения перспективных задач космонавтики. Только при таком условии могут своевременно разрабатываться и создаваться комплексы и системы, не уступающие по основным показателям зарубежным и способные конкурировать с ними на мировом рынке. Имеются принципиальные возможности дальнейшего увеличения удельной мощности СЭС в 2-3 раза благодаря совершенствованию систем генерации, накопления и преобразования энергии.

Важным направлением повышения эффективности целевого применения космических комплексов и систем, а также срока их активного существования является использование энергодвигательных систем на основе солнечных или ядерных энергоустановок и электрических ракетных двигателей. В частности, применение буксира сЭРД позволит в 2-2,5 раза увеличить массу К А (целевого модуля) на геостационарной орбите. Подобные перспективные средства межорбитальной транспортировки характеризуются значительным уровнем энергопотребления (40-100 кВт) и энергомассового совершенства бортовых ЭУ.

Одним из перспективных направлений развития бортовых ЭУ является разработка солнечных газотурбинных установок (СГТУ) с электрической мощностью до 10 кВт и выше, что обусловлено их следующими преимуществами:

  • более высоким КПД преобразования солнечной энергии в электричество (25 % и в перспективе до 50 %);
  • меньшими габаритами по сравнению с размерами ЭУ на базе СБ;
  • возможностью генерирования переменного тока повышенного напряжения;
  • длительным ресурсом работы (за счет применения газовых подшипников в опорах турбокомпрессора);
  • меньшей стоимостью энергоустановки;
  • перспективностью газотурбинных преобразователей энергии, которые могут использоваться совместно с ядерными и химическими источниками энергии;
  • возможностью применения теплового аккумулятора энергии.

Работы над ядерными энергетическими (ЯЭУ) и энергодвигательными (ЯЭДУ) установками в настоящее время ориентированы на формирование опережающего научно-технического задела по созданию базовых унифицированных элементов, узлов и агрегатов ЯЭУ (ЯЭДУ).

К приоритетным направлениям исследований, которые могут показать преимущества ядерных источников энергоснабжения перед другими их вариантами, можно отнести:

  1. развитие технологий, обеспечивающих создание ЯЭУ мощностью порядка сотен киловатт (с перспективой ее дальнейшего увеличения);
  2. доведение гарантированного ресурса ЯЭУ до уровня, не меньше ожидаемого от солнечной энергетики (в том числе до 10 лет и более на ГСО);
  3. развитие технологий, обеспечивающих создание бимодальных ядерных электродвигательных установок (работающих как в режиме ядерных ракетных двигателей на водороде, так и в электрогенерирующем режиме для питания целевой и служебной аппаратуры КА или ЭРД);
  4. подтверждение ядерной и радиационной безопасности разработки и эксплуатации ЯЭУ (ЯЭДУ).

Создание опережающего научно-технического задела по указанным направлениям совершенствования систем и средств бортовой (солнечной, химической и ядерной) энергетики и реализация его при разработке систем энергоснабжения позволят повысить эффективность целевого использования КА, обеспечат необходимую базу для выполнения космических программ в XXI в.

Общая характеристика космонавтики в мире

Вывод Советским Союзом 4 октября 1957 г. искусственного спутника на орбиту вокруг Земли положил начало космической гонке, которая к настоящему времени достигла небывалых масштабов. На начальном ее этапе, проходившем в условиях “холодной” войны, главные побудительные причины, задававшие тон в этом марафоне, носили политический и военный характер. Престиж и безопасность (в широком понимании) государства – вот…

Носители легкого класса США

В 1993 г. фирмой Lockheed была начата программа создания семейства РН LLV (Lockheed Launch Vehicle) малой и средней грузоподъемности. Первый пуск первой РН этого семейства – двухступенчатой твердотопливной РН LLV-1 малой грузоподъемности после неоднократных задержек из-за различных неполадок был осуществлен в августе 1995 г., однако закончился неудачей. Характеристики РН LMLV таковы: LMLV-1 грузоподъемностью порядка 1,0…

Направленность реструктуризации

Процессы реструктуризации аэрокосмической промышленности, происходящие за рубежом, направлены на достижение качественно нового состояния фирм, позволяющего не только выжить в условиях изменяющейся обстановки,но и обеспечить наращивание конкурентных возможностей на рынке космических товаров и услуг. Преимущества, получаемые фирмами в результате реструктуризации, можно условно выделить в четыре группы. Первая группа – текущая экономия на элементах постоянных издержек. Внутрифирменная…

Космические технологии и материаловедение

Регулярные исследования, касающиеся создания космических технологий и материаловедения, начались примерно с 1976 г. Проведение научных и технологических экспериментов в космосе открыло принципиально новые возможности углубленного исследования многих физических явлений, изучение которых на Земле затруднено или даже невозможно из-за действия силы тяжести. Анализ результатов проведенных экспериментов позволил существенно продвинуться в понимании особенностей протекания процессов диффузии, кристаллизации…

Ядерные энергетические и энергодвигательные установки

Более двадцати пяти лет назад в Семипалатинске был произведен первый энергопуск ядерного реактора ИВГ-1,с помощью которого была начата отработка конструкции ядерного ракетного двигателя. Уже тогда предполагали,что такой двигатель понадобится во время полета человека к Марсу. Позднее трудности с финансированием науки затормозили работу, но планируемая на 2017 г. экспедиция к Марсу оживила интерес к ядерному двигателю….

Выбор проектных характеристик радиолиний дальней космической связи

Выбор проектных характеристик космических радиолиний является сложной инженерной задачей и требует учета большого числа различных факторов, влияющих на энергетику радиолиний и качество передачи информации на требуемые дальности. Рассмотрим выражение, определяющее зависимость максимальной дальности связи D от параметров космической радиолинии, где Р – мощность передатчика; S6, S3 – эффективные площади бортовой и наземной антенн; hS –…

Международно-правовые принципы, касающиеся дистанционного зондирования Земли из космоса

В резолюции № 41/65 Генеральной Ассамблеи ООН от 3 декабря 1986 г. были одобрены “Принципы, касающиеся дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космического пространства”. Принципы определяют применимость международного права в отношениях субъектов и исключают наличие правового вакуума в их деятельности по дистанционному зондированию Земли. Такая деятельность осуществляется в соответствии с международным правом, включая Устав ООН, Договор…

Состояние и развитие орбитальных станций

Орбитальные средства в зависимости от их принадлежности условно могут быть разделены на несколько больших групп: гражданские КА, коммерческие КА и военные КА. Эти группы, в свою очередь, можно разбить на подгруппы КА по целевому назначению: КА связи, КА дистанционного зондирования Земли, КА навигационного обеспечения, К А метеорологического обеспечения, исследовательские и экспериментальные КА, пилотируемые КА, разведывательные…

Общая характеристика зарубежных комплексов управления КА

Сети слежения за КА (наземные комплексы управления – НКУ, по отечественной терминологии командно-измерительные комплексы – КИК) начали создаваться за рубежом в конце 1950-х гг., с запуском первых КА США. До середины 1960-х гг. НКУ существовали только в США и в СССР. В дальнейшем НКУ были созданы другими странами, международными консорциумами и отдельными частными фирмами. В…

Надежность – основа эффективности функционирования космических систем будущего.

Одним из основных факторов, влияющих на эффективность использования космических систем, является их надежность. В период 1950-1980 гг. недостаточно высокий уровень надежности космических средств, прежде всего ракет-носителей и космических аппаратов, приводил к большому числу аварий и в значительной степени сдерживал развитие ракетно-космической отрасли, использование ее достижений в научных и прикладных програм-мах, развитие международного рынка космических изделий…

Все права защищены ©2006-2020. Перепечатка материалов с сайта возможна только с указанием ссылки на сайт – Невероятно, но факт!.
Email: hi@poznovatelno.ru. Карта сайта
 

Невероятно, но факт!