Научная статья на тему 'КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ РОТОРНОГО ТИПА'

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ РОТОРНОГО ТИПА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
70
6
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ РОТОРНОГО ТИПА / ЦЕЛЕВАЯ СИСТЕМА / ОТДЕЛЯЕМАЯ ЧАСТЬ / ROTOR-TYPE SPACECRAFT / TARGET SYSTEM / SEPARABLE PART

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Минаков Евгений Петрович, Александров Максим Андреевич

Дается определение одного из новых типов космических средств - космического аппарата роторного типа. Представляются концептуальные модели этих космических аппаратов. По каждому их классу приводятся состав целевых и обеспечивающих систем и этапы их применения. Дается состав основных научных задач исследования характеристик применения космических аппаратов роторного типа.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Минаков Евгений Петрович, Александров Максим Андреевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ROTOR-TYPE SPACECRAF

Conceptual models of these spacecraft are presented. For each of their classes, the composition of target and support systems and the stages of their application are introduced. The main scientific tasks of studying the characteristics of the use of rotary-type spacecraft are given.

Текст научной работы на тему «КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ РОТОРНОГО ТИПА»

Список литературы

1. Павловский Ю.Н., Белотелов Н.В., Бродский Ю.И. Компьютерное моделирование. Учебное пособие. М.: Физматкнига, 2014. 304 с.

2. Елизаров И.А., Мартемьянов Ю.Ф. Моделирование систем: учебное пособие. Ст. Оскол: ТНТ, 2013. 136 с.

3. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем: учебник. М.: Инфра-М, 2017. 160 с.

4. Никулин А.Д., Шмитько Е.И., Зуев Б.М. Проектирование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. М.: Проспект Науки, 2006. 352 с.

5. Шерешевский И. А. Конструирование гражданских зданий. М.: Архитектура-С, 2007. 176 с.

6. Шерешевский И. А. Конструирование промышленных зданий и сооружений. М.: Архитектура-С, 2010. 168 с.

Сорокина Евгения Юрьевна, магистрант, konnav 78@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет

DESIGN AND ANALYSIS OF EXISTING DESIGNS WITH APPLICATION OF MODERN

MA THEMA TICAL METHODS

E.Y. Sorokina

The aerodynamics of buildings is one of the most important parameters investigated during the design of a building. It is this characteristic that will be investigated in this article for a screw building 200 m high.

Key words: architecture, design, building, programs, design, aerodynamics, mathematical modeling.

Sorokina Evgeniya Yuryevna, undergraduate, konnav 78@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University

УДК 519.8

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ РОТОРНОГО ТИПА

Е.П. Минаков, М.А. Александров

Дается определение одного из новых типов космических средств - космического аппарата роторного типа. Представляются концептуальные модели этих космических аппаратов. По каждому их классу приводятся состав целевых и обеспечивающих систем и этапы их применения. Дается состав основных научных задач исследования характеристик применения космических аппаратов роторного типа.

Ключевые слова: космический аппарат роторного типа, целевая система, отделяемая часть.

Впервые идея посылки аппаратов в мировое пространство с помощью пращи или каких-либо других устройств за счет их раскручивания были предложены в 20-е годы XX-го века. Однако они

129

не нашли своего развития из-за технических сложностей, казавшиеся тогда не преодолимыми [1]. В то же время достижения современной отечественной и зарубежной космонавтики в области технологий применения сверхпрочных материалов и миниатюризации приборов и агрегатов космических аппаратов (КА), а также потребности в решении таких задач как борьба с астероидной опасностью, выведение большого количества малых космических аппаратов (МКА), оперативное развертывания их орбитальных группировок (ОГ), инспекция космических объектов (КО) и определение параметров их движения орбитальными средствами и ряд других делают целесообразным переосмысление указанной идеи и создания соответствующих (принципиально новых) космических средств [2 - 4]. К таким средствам могут быть отнесены беспилотные космические аппараты роторного типа (КА РТ), в которых с целью выполнения задач по предназначению придается требуемое вращательное движении их целевым системам относительно каких-либо осей этих КА [5]. Их можно разделить на КА РТ с неподвижно связанными с корпусами целевыми системами и на КА РТ с вращающимися относительно корпусов целевыми системами, а также на КА РТ, применяющих целевые системы при совершении ими более одного или менее одного оборота вокруг соответствующей точки или оси.

КА РТ с неподвижно связанными с корпусами целевыми системами. Представляют собой класс КА РТ, в которых для решения задач по предназначению целевые системы вращаются вместе с корпусом КА РТ.

В этом классе можно выделить два основных типа КА РТ:

1) КА РТ, вращающиеся с угловой скоростью - ю относительно оси, проходящей через центр масс, продольные оси которых совершают круговое движение (рис. 1, а);

2) КА РТ, вращающиеся с угловой скоростью - ю относительно оси, проходящей через центр масс, продольные оси которых совершают коническое вращение (рис. 1, б).

Вращение корпуса с целевой системой КА РТ обеих типов могут происходить как в плоскости орбитального движения, так и вне ее.

Для КА РТ первого типа в качестве целевых систем могут быть системы выбрасывания отделяемых частей: КА, выводимых на требуемые орбиты, МКА, образующих ОГ с заданными параметрами, устройства разрушения потенциально опасных КО: астероидов, метеоров, комет, объектов космического мусора и пр. [4, 6] или системы сканирования космического пространства: оптико-электронная аппаратура дистанционного зондирования и измерения параметров движения КО, космические телескопы и пр. Наиболее приемлемым является вариант применения КА РТ с осью вращения, перпендикулярной плоскости его движения (рис. 1, а).

Для КА РТ второго типа в качестве целевых систем, в первую очередь, могут быть указаны системы сканирования космического пространства: дистанционного зондирования и инспекции КО, обнаружения и определения параметров их движения КО. Наиболее приемлемым является ва-

риант их применения с осью вращения, совпадающей с линией местного горизонта центра масс КА РТ. Для этих КА вращение корпуса с целевой системой может происходить относительно оси, сориентированной под некоторым углом а к линии местного горизонта (рис. 1, б).

Рис. 1. КА РТ с неподвижно связанными с корпусом целевыми

системами

Для выполнения указанных задач помимо целевых систем в состав КА РТ должны входить [7]:

система управления бортовой аппаратурой;

навигационная система;

система управления движением;

система терморегулирования;

система сбора телеметрической информации;

комплекс радиосредств;

система энергоснабжения;

комплекс управления целевой системой.

Составными частями системы управления движением, в свою очередь, являются подсистемы ориентации и стабилизации, управления движением центра масс КА РТ с двигательной установкой, управления угловым движением с комплексом раскручивания КА РТ. Комплекс раскручивания предназначен для придания требуемой ориентации корпусу КА РТ (углов а и в на рис. 1) и сообщения ему требуемой угловой скорости вращения ю. Раскручивание КА РТ может осуществляться с помощью маховиков или струйных двигателей [8].

Комплекс управления целевой системой предназначен для подготовки к применению и ее применения. Для КА РТ с системой выбрасывания объектов этот комплекс формирует и выдает в целевую систему данные на выбрасывание: момент времени выбрасывания и соответствующий угол ориентации продольной оси КА РТ.

В соответствии с вышеизложенными основными этапами функционирования КА РТ с неподвижно связанными с корпусом целевыми системами являются:

1) орбитальное движение;

2) получение команды и данных на применение;

3) подготовка к применению систем К А РТ;

4) придание корпусу КА РТ требуемой ориентации;

5) раскручивание КА РТ с требуемой угловой скоростью;

6) функционирование целевой системы по предназначению;

7) прекращение вращения корпуса КА РТ;

8) выдача данных результатов применения;

9) орбитальное движение и повторение этапов 2 - 8.

КА РТ с вращающимися относительно корпуса целевыми системами. Представляют собой класс КА РТ, в которых для рения задач по предназначению целевые системы вращаются относительно корпуса этих КА (рис. 2).

В этом классе можно выделить два основных типа КА:

1) КА РТ, вращение целевых систем которых происходит относительно продольной оси этих КА (рис. 2, а, б);

2) КА РТ, вращение целевых систем которых происходит относительно оси, не совпадающей с их продольными осями (рис. 2, в).

Для КА РТ первого типа вращение целевых систем может происходить как в плоскости орбитального движения (рис. 2, б), так и вне ее (рис. 2, а). В качестве целевых систем таких КА могут быть системы выбрасывания отделяемых частей или сканирования космического пространства. Наиболее приемлемым по целому ряду причин являются варианты применения КА РТ с осями вращения, перпендикулярными плоскости его движения или принадлежащими ей (рис. 2, а, б).

Для КА РТ первого типа целевым предназначением может быть выбрасывание указанных выше отделяемых частей для КА РТ второго типа -сканирование космического пространства.

Корпус КА РТ

Целевая система КАРТ

Целевая система КАРТ

Корпус КА РТ

Траектория движения КАРТ

Ось вращения целевой системы

Траектория движения КАРТ

Ось вращения целевой системы

Траектория движения КАРТ

а б в

Рис. 2. КА РТ с вращающимися относительно корпуса целевыми

системами

132

Для выполнения указанных задач в состав таких КА РТ должны входить те же системы и комплексы, что и для КА РТ с неподвижно связанной с корпусом целевой системой. Однако, в их систему управления движением должны входить не только подсистемы ориентации и стабилизации, управления движением центра масс КА РТ с двигательной установкой, но подсистема управления угловым движением с комплексом раскручивания целевой системы КА РТ.

В соответствии с вышеизложенным основными этапами функционирования КА РТ являются: 1) орбитальное движение; 2) получение команды и данных на применение; 3) подготовка к применению систем КА РТ; 4) придание корпусу КА РТ требуемой ориентации; 5) раскручивание целевой системы комплексом раскручивания с требуемой угловой скоростью; 5) функционирование целевой системы по предназначению; 6) прекращение вращения корпуса КА РТ; 7) орбитальное движение и повторение этапов 2 - 6.

Заключение. Новизна КА РТ как объектов исследования требует в Заключении указать состав научных задач, требующих решения при создании КА РТ, к основным из которых можно отнести:

1) определение изменений траекторий движения центра масс КА РТ в ходе раскручивания целевых систем;

2) оценивание влияния эффекта Джанибекова на движения КА РТ относительно центров масс;

3) оценивание величин вращающих моментов, которые нужно прикладывать к КА РТ или их целевым системам, чтобы она приобрела требуемую угловую скорость;

4) оценивание времен раскручивания целевых систем для получения требуемых угловых скоростей их вращения;

5) оценивание изменений траекторий движения КА РТ первого типа при выбрасывании отделяемых частей;

6) исследование геометрических характеристик зон досягаемости в зависимости от параметров траекторий движения центров масс КА РТ первого типа и скоростей выбрасывания отделяемых частей;

7) исследование целевых эффектов применения КА РТ в зависимости от раскручивания целевых систем двух типов.

Отдельного решения требует задача классификации КА РТ.

Список литературы

1. Штернфельд А.А. Введение в космонавтику. М.: «Наука», 1974.

240 с.

2. Минаков Е.П., Соколов Б.В., Исследования характеристик размещения и вариантов применения моноблочных стационарных наземных средств поражения астероидов // Труды СПИИРАН. 2016. Вып. 48. С. 182197.

3. Минаков Е.П., Соколов Б.В., Шалдаев С.Е., Александров М.А. Расчет и исследование характеристик рубежей атаки астероидов орбитальными средствами // Труды СПИИРАН. 2019. Вып. 18(6). С. 1462-1490.

133

4. Минаков Е.П., Александров М.А. Космический аппарат с тросо-во- сетевой системой развертывания/свертывания элементов воздействия по орбитальным объектам // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 6. С. 48-55.

5. Инфраструктура малых космических аппаратов / под ред. В.Ф. Фатеева. М.: «Радиотехника», 2011. 432 с.

6. Устройство разрушения потенциально опасных орбитальных объектов // Патент Российская Федерация № 2688111. 17.05.2019. Бюл. №14. / Минаков Е.П., Пеньков М.М., Соколов Б.В., Шалдаев С.Е., Александров М.А.

7. Микрин Е.А. Бортовые комплексы управления космическими аппаратами и проектирование их программного обеспечения. М.: Издательство МГТУ им.Н.Э. Баумана, 2003. 336 с.

8. Инженерный справочник по космической технике. М.: Военное издательство Министерства обороны СССР, 1969. 694 с.

Минаков Евгений Петрович, д-р техн. наук, профессор, maks. aleksandrov. vka@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,

Александров Максим Андреевич, канд. техн. наук, преподаватель, maks. aleksandrov. vka@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского

ROTOR-TYPE SPACECRAF E.P. Minakov, M.A. Aleksandrov

Conceptual models of these spacecraft are presented. For each of their classes, the composition of target and support systems and the stages of their application are introduced. The main scientific tasks of studying the characteristics of the use of rotary-type spacecraft are given.

Key words: rotor-type spacecraft, target system, separable part.

Minakov Evgenii Petrovich, doctor of technical sciences, professor, maks. aleksandrov. vka@mail. ru, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,

Aleksandrov Maksim Andreevich, candidate of technical sciences, lecturer, maks. aleksandrov. vka@mail. ru, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.