Научная статья на тему 'ТРАНСФОРМИРУЕМЫЕ КРУПНОГАБАРИТНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПИЛОТИРУЕМЫХ КОМПЛЕКСОВ'

ТРАНСФОРМИРУЕМЫЕ КРУПНОГАБАРИТНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПИЛОТИРУЕМЫХ КОМПЛЕКСОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
143
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТРАНСФОРМИРУЕМЫЙ МОДУЛЬ / МИКРОМЕТЕОРОИДНАЯ ЗАЩИТА / ТРАНСФОРМИРУЕМЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Хамиц Игорь Игоревич, Филиппов Илья Михайлович, Бурылов Леонид Сергеевич, Медведев Николай Геннадьевич, Чернецова Анна Анатольевна

С 2012 г. РКК «Энергия» в инициативном порядке в рамках инвестиционного проекта «Создание прототипа трансформируемого обитаемого космического модуля» проводились работы по проектированию трансформируемых модулей, созданию и экспериментальной отработке масштабного макета трансформируемого модуля, фрагментов многослойной трансформируемой гермооболочки. В данной статье отражены основные результаты проведенных работ по проекту, включающих испытания фрагментов многослойной трансформируемой гермооболочки, выбор схемы микрометеороидной защиты и ее экспериментальную отработку, производство и наземную отработку масштабного макета трансформируемого модуля. Описаны перспективы дальнейшей реализации проекта в плане разработки экспериментального трансформируемого модуля среднего типоразмера, а также использования созданной технологии надувных трансформируемых модулей в интересах развития российской пилотируемой космонавтики.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Хамиц Игорь Игоревич, Филиппов Илья Михайлович, Бурылов Леонид Сергеевич, Медведев Николай Геннадьевич, Чернецова Анна Анатольевна

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

LARGE TRANSFORMABLE STRUCTURES FOR ADVANCED MANNED COMPLEXES

Since 2012 RSC Energia, within the framework of investment project Development of a Prototype Transformable Habitable Space Module has been conducting independent design work on transformable modules, construction and developmental testing of a scale model of a transformable module and fragments of a multilayer transformable pressurized shell. The paper covers main results of the work completed under the project, including tests of fragments of a multilayer transformable pressurized shell, selection of the micrometeoroid protection design and its developmental testing, manufacturing and ground testing of a scale mockup of the transformable module. In addition to this, the paper describes the outlook for further implementation of the project to develop a mid-sized experimental transformable module, as well as to use the developed technology of inflatable transformable modules in the interests of development of the Russian manned space flight.

Текст научной работы на тему «ТРАНСФОРМИРУЕМЫЕ КРУПНОГАБАРИТНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПИЛОТИРУЕМЫХ КОМПЛЕКСОВ»

УДК 629.78.021.6

трансформируемые крупногабаритные конструкции для перспективных пилотируемых комплексов

© 2016 г. хамиц И.И.1, филиппов И.м.1, Бурылов Л.С.1, медведев Н.г.1, чернецова А.А.1, зарубин в.С.1, фельдштейн в.А.2, Буслов Е.П.2, Ли А.А.3, горбунов Ю.в.3

1 Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королёва (РКК «Энергия») Ул. Ленина, 4А, г. Королёв, Московская обл., Российская Федерация, 141070,

e-mail: post@rsce.ru

2 Центральный научно-исследовательский институт машиностроения (ЦНИИмаш) Пионерская ул., 4, г. Королёв, Московская обл., Российская Федерация, 141070,

e-mail: corp@tsniimash.ru

3 Научно-производственное предприятие «Звезда» (НПП «Звезда») Ул. Гоголя, 39, пос. Томилино, Московская обл., Российская Федерация, 140070,

e-mail: zvezda@npp-zvezda.ru

С 2012 г. РКК «Энергия» в инициативном порядке в рамках инвестиционного проекта «Создание прототипа трансформируемого обитаемого космического модуля» проводились работы по проектированию трансформируемых модулей, созданию и экспериментальной отработке масштабного макета трансформируемого модуля, фрагментов многослойной трансформируемой гермооболочки. В данной статье отражены основные результаты проведенных работ по проекту, включающих испытания фрагментов многослойной трансформируемой гермооболочки, выбор схемы микрометеороидной защиты и ее экспериментальную отработку, производство и наземную отработку масштабного макета трансформируемого модуля. Описаны перспективы дальнейшей реализации проекта в плане разработки экспериментального трансформируемого модуля среднего типоразмера, а также использования созданной технологии надувных трансформируемых модулей в интересах развития российской пилотируемой космонавтики.

Ключевые слова: трансформируемый модуль, многослойная трансформируемая гермо-оболочка, микрометеороидная защита, трансформируемые конструкции.

large TRANsformable

structures for advanced manned complexes

Khamits I.I.1, Filippov I.M.1, Burylov L.s.1, Medvedev N.G.1, chernetsova A.A.1, Zarubin V.s.1, Feldstein V.A.2, Buslov E.p.2, Li A.A.3, gorbunov Yu.V.3

1S.P. Korolev Rocket and Space Public Corporation Energía (RSC Energia) 4A Lenin str., Korolev, Moscow region, 141070, Russian Federation, e-mail: post@rsce.ru

2 Central Research Institute of Machine Building (TsNIImash) 4 Pionerskaya str., Korolev, Moscow region, 141070, Russian Federation, e-mail: corp@tsniimash.ru

3 Scientific-production enterprise Zvezda (SPE Zvezda) 39 Gogol' str., pos. Tomilino, Moscow region, 140070, Russian Federation, e-mail: zvezda@npp-zvezda.ru

Since 2012 RSC Energia, within the framework of investment project Development of a Prototype Transformable Habitable Space Module has been conducting independent design work on transformable modules, construction and developmental testing of a scale model of a transformable module and fragments of a multilayer transformable pressurized shell. The paper covers main results of the work completed under the project, including tests of fragments of a multilayer transformable pressurized shell, selection of the micrometeoroid protection design and its developmental testing, manufacturing and ground testing of a scale mockup of the transformable module. In addition to this, the paper describes the outlook for further implementation of the project to develop a midsized experimental transformable module, as well as to use the developed technology of inflatable transformable modules in the interests of development of the Russian manned space flight.

Key words: transformable module, multilayer transformable pressurized shell, micrometeoroid protection, transformable structures.

ХАМИЦ Игорь Игоревич — заместитель главного конструктора пилотируемых космических комплексов - руководитель НТЦ РКК «Энергия», e-mail: igor.khamits@rsce.ru KHAMITS Igor Igorevich — Deputy Chief Designer of manned space systems - Head of STC at RSC Energia, e-mail: igor.khamits@rsce.ru

ФИЛИППОВ Илья Михайлович — начальник отделения РКК «Энергия», e-mail: ilia.filippov@rsce.ru

FILIPPOV Il'ya Mikhaylovich — Head of Division at RSC Energia, e-mail: ilia.filippov@rsce.ru

БУРЫЛОВ Леонид Сергеевич — начальник лаборатории РКК «Энергия», e-mail: leonid.burylov@rsce.ru

BURYLOV Leonid Sergeevich — Head of Laboratory at RSC Energia, e-mail: leonid.burylov@rsce.ru

МЕДВЕДЕВ Николай Геннадьевич — главный специалист РКК «Энергия», e-mail: nikolay.medvedev@rsce.ru

MEDVEDEV Nikolay Gennad'evich — Chief Specialist at RSC Energia, e-mail: nikolay.medvedev@rsce.ru

ЧЕРНЕЦОВА Анна Анатольевна — инженер 2 категории РКК «Энергия», e-mail: anna.chernetsova@rsce.ru

CHERNETSOVA Anna Anatol'evna — Engineer 2 category at RSC Energia, e-mail: anna.chernetsova@rsce.ru

ЗАРУБИН Владимир Сергеевич — инженер РКК «Энергия», e-mail: vladimir.zarubin1@rsce.ru ZARUBIN Vladimir Sergeevich — Engineer at RSC Energia, e-mail: vladimir.zarubin1@rsce.ru

ФЕЛЬДШТЕЙН Валерий Адольфович — доктор технических наук, начальник отдела ЦНИИмаш, e-mail: dinpro@mail.ru

FELDSHTEYN Valery Adol'fovich — Doctor of Science (Engineering), Head of Department at TsNIImash, e-mail: dinpro@mail.ru

БУСЛОВ Евгений Павлович — кандидат технических наук, начальник лаборатории ЦНИИмаш, e-mail: jbuslov@mail.ru

BUSLOV Evgeny Pavlovich — Candidate of Science (Engineering), Head of Laboratory at TsNIImash, e-mail: jbuslov@mail.ru

ЛИ Артур Александрович — начальник конструкторского отдела космической техники НПП «Звезда», e-mail: Lee.Arthur@yandex.ru

LI Arthur Alexandrovich — Head of Design department of space technology at SPE Zvezda, e-mail: Lee.Arthur@yandex.ru

ГОРБУНОВ Юрий Владимирович — инженер-конструктор 1 категории НПП «Звезда», e-mail: Gorbunov@npp-zvezda.ru

GORBUNOV Yury Vladimirovich — Engineer-designer 1 category at SPE Zvezda, e-mail: Gorbunov@npp-zvezda.ru

Введение

Модульный принцип конструкций используется в космической отрасли давно. Первой модульной станцией была станция «Мир», функционировавшая в околоземном космическом пространстве с 20 февраля 1986 г. по 23 марта 2001 г. Действующая с 1998 г. по настоящее время Международная космическая станция (МКС) также построена по модульному типу.

Предельные массогабаритные характеристики модулей ограничены возможностями средств выведения. Для качественного увеличения герметичного объема отсеков космических станций интерес представляет технология трансформируемых обитаемых модулей.

Трансформируемые конструкции были использованы в космосе еще 18 марта 1965 г., когда Алексей Леонов с помощью гибкой шлюзовой камеры осуществил первый в мире выход в открытый космос с борта космического корабля «Восход-2».

Основными проблемами, на решение которых направлено создание и внедрение технологии космических обитаемых трансформируемых модулей с многослойной трансформируемой герметичной оболочкой (ТМ с МТГО), являются:

• необходимость существенного увеличения полезного герметичного объема модулей Российского сегмента МКС и перспективных космических станций с целью повышения комфортности долговременного пребывания экипажей и создания необходимых условий для проведения сложных научных и технологических экспериментов;

• необходимость повышения стойкости обитаемых отсеков к воздействию ме-теороидов и частиц техногенного мусора с учетом увеличивающейся опасности столкновения с космическим мусором на околоземных орбитах;

• необходимость более эффективного обеспечения приемлемых уровней защиты экипажей космической станции от воздействия ионизирующего излучения космического пространства;

• целесообразность обеспечения высокого массогабаритного совершенства конструкции обитаемых модулей в стартовом и рабочем положениях для обеспечения возможности их выведения существующими и перспективными ракетами-носителями.

Решение перечисленных проблем с использованием традиционных технологий жестких нетрансформируемых отсеков связано с большими сложностями.

Зарубежный задел

Наиболее результативным проектом по разработке трансформируемых (надувных) модулей за рубежом можно считать проект создания надувного жилого модуля TransHab (рис. 1), разрабатывавшийся NASA в 1992-2000 гг. [1, 2]. Данный модуль планировалось использовать в составе Американского сегмента МКС, в перспективе — для полета на Марс и создания коммерческой орбитальной станции.

б)

Рис. 1. Проект TransHab: а — проектный облик модуля; б — макет модуля

Конструктивной особенностью модуля TransHab является объединение жесткого каркаса и надувной оболочки в единую конструкцию. Основа модуля — мягкая тканевая трансформируемая оболочка со встроенной микрометеороидной и радиационной защитой.

В ходе работ по проекту NASA был проведен большой объем проектно-поисковых исследований и экспериментальных работ, в т. ч. были созданы полноразмерные макеты оболочки модуля, проведены прочностные и тепло-вакуумные испытания, а также испытания на стойкость к пробою микрометео-роидами [1].

С 2000 г. работы продолжила компания Bigelow Aerospace [3], которая, основываясь на наработках по проекту TransHab, развернула опытно-конструкторские работы по созданию экспериментальных прототипов и полноразмерных космических модулей различного целевого назначения. Основная декларируемая цель компании — постройка коммерческой орбитальной станции нового поколения на базе надувных модулей. В 2006 и 2007 гг. компанией Bigelow Aerospace были проведены успешные летные испытания двух экспериментальных модулей Genesis I и Genesis II объемом около 12 м3. В апреле 2016 г. был запущен и введен в состав МКС модуль BEAM объемом 16 м3 и массой 1 360 кг (рис. 2) [4].

Результаты проектных и экспериментально-исследовательских работ Ркк «энергия»

С 2012 г. РКК «Энергия» в инициативном порядке в рамках инвестиционного проекта, финансируемого из собственных средств, проводились работы по проектированию ТМ,

< >

/

I

4 v к

созданию и экспериментальной отработке масштабного макета ТМ, фрагментов МТГО и ключевых обеспечивающих систем [5, 6].

Итоги инвестиционного проекта:

• созданы образцы материалов и фрагментов МТГО, проведена экспериментальная отработка с их использованием;

• изготовлен масштабный макет ТМ для отработки технологий изготовления и испытаний многослойных оболочек, подтверждения предполагаемых основных характеристик предлагаемой технологии и изделий на ее основе;

• проведена наземная экспериментальная отработка макета и его ключевых элементов.

По итогам выполнения работ достигнута главная цель инвестиционного проекта: обеспечено создание технологии надувных ТМ для использования в перспективных российских пилотируемых программах.

Проведенные работы во многом базировались на научном и материально-техническом заделе РКК «Энергия» и предприятий кооперации по созданию трансформируемых шлюзовых отсеков с мягкой многослойной гермооболочкой, космических скафандров, композитной микрометеороидной защиты, экранно-вакуумной теплоизоляции, материалов и тканей для интерьеров модулей МКС, приборов и систем пилотируемых космических средств.

В 2015 г. завершились основные проектно-поисковые и расчетно-теоретические работы, связанные с выбором структуры и состава слоев оболочки, разработкой предварительной конструктивно-компоновочной и конструктивно-силовой схем складского модуля. Внешний облик проекта разрабатываемого ТМ и состав слоев его оболочки представлены на рис. 3 и 4, соответственно.

а)

б)

Рис. 2. Проект BEAM: а — проектный облик модуля (масса — 1360 кг; длина — 4 м; диаметр — 3,2 м): 1 — человек для масштаба; 2 — космический корабль SpacеX Dragon; 3 — негерметический грузовой отсек; б — внешний вид модуля

Рис. 3. Проектный облик трансформируемого модуля:

1 — приборно-агрегатный отсек «Прогресс»; 2 — внутренний жесткий отсек; 3 — стыковочный агрегат; 4 — многослойная трансформируемая гермооболочка

Рис. 4. Состав оболочки трансформируемого модуля: 1 — ми-

крометеороидные тканевые экраны; 2 — межэкранные разделители (дистанцирование экранов, теплоизоляция); 3 — армирующие слои (формообразование, обеспечение прочности); 4 — герметизирующие слои (обеспечение герметичности); 5 — интерьерные слои

Особенностью проекта является новизна технологии и отсутствие прямых аналогов в отечественной космической промышленности. Поэтому окончательный выбор конструкции, компоновки, структуры оболочки и модуля в целом может быть сделан только по результатам экспериментальной отработки.

Результаты экспериментальных работ с фрагментами оболочки

В конце 2012 г. начата экспериментальная отработка технологии с использованием образцов материалов и фрагментов оболочки. Экспериментальная отработка включает в себя проверку следующих свойств:

• величина и стабильность массо-габаритных характеристик изготавливаемых объектов;

• физико-механические свойства материалов и оболочки в целом и их деградация под воздействием внешних воздействующих факторов;

• теплофизические свойства оболочки;

• пыле- и влагопроницаемость, гигроскопичность;

• газовыделение, токсикологическая безопасность при штатных условиях;

• пожаробезопасность;

• акустические характеристики;

• стойкость к пробою метеороидными частицами;

• газопроницаемость;

• герметичность внутренней оболочки.

Фотографии некоторых образцов оболочки

представлены на рис. 5.

а)

б)

в)

Рис. 5. Образцы материалов и фрагменты многослойной трансформируемой герметичной оболочки (МТГО) для проведения экспериментальной отработки технологии: а — фрагмент МТГО квадратный 400*400 мм в негерметичном исполнении; б — фрагмент МТГО квадратный 400*400 мм разборный; в — фрагмент МТГО круглый диаметром 400 мм с заделкой внутреннего герметизирующего слоя

микрометеороидная защита

В результате проведенных работ по созданию микрометеороидной защиты были выбраны две прошедшие экспериментальную и расчетную отработки базовые конструктивные схемы четырехэкранной трансформируемой гибкой защиты от высокоскоростного удара. В выбранных вариантах используются исключительно отечественные материалы.

Наилучшие параметры стойкости обеспечиваются для схемы, в составе первого экрана которой используется специально разработанный РКК «Энергия» с кооперацией новый композиционный материал с внедрением в его структуру порошка тяжелых металлов.

Суммарная масса защиты ТМ составляет ~ 14,6 кг/м2, толщина в рабочем положении ~310 мм, в транспортном положении обеспечивается поджатие защиты до ~120 мм (до рабочей толщины восстанавливается самостоятельно за счет упругих сил).

Защита является гибкой (складываемой), что позволяет существенно уменьшить ее габаритные размеры в транспортном положении, обеспечить возможность установки на объекты (космические аппараты) со сложной поверхностной конфигурацией.

Результаты испытаний конструкции защиты трансформируемого модуля:

• в низкоскоростном диапазоне при скорости встречи 2 650 м/с критическим является удар алюминиевой частицы диаметром около 6,35 мм, массой ~0,36 г (зарегистрирован пробой на пределе);

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

• в высокоскоростном «зачетном» диапазоне при скорости встречи 6 510 м/с критическим является удар алюминиевой частицы диаметром более 11,5 мм, массой ~2,15 г (зарегистрирован непробой).

Осколки дробления исходной частицы диаметром 11,5 мм были остановлены внутри последнего защитного экрана без его сквозного пробивания. Результаты испытаний на высокоскоростной удар представлены на рис. 6.

а)

б)

в)

г)

д)

Рис. 6. Результаты испытаний на высокоскоростной удар (конструктивная схема 2, частица 011,5 мм, алюминий, скорость движения частицы 6510 м/с): а — фрагмент защиты (400*400мм) до удара; б — защищаемая герметичная оболочка без повреждений; в — повреждения лицевого экрана; г — повреждения в середине защиты; д — повреждения предпоследнего экрана

Схема защиты с композиционным экраном существенно превосходит заданные требования по ударной стойкости и имеет потенциал для снижения массогабаритных характеристик.

Для ликвидации пробоев оболочки под воздействием микрометеороидов и фрагментов космического мусора используется поли-уретановый клей АДВ-5.

По результатам экспериментально-исследовательских работ были поданы заявки на изобретения:

«Многослойная трансформируемая герметичная оболочка», рег. № 2014114599;

«Защитный экран космического аппарата от ударов техногенных частиц и метеоро-идов», рег. № 2014135762.

Получен патент «Космический трансформируемый модуль», рег. № RU 2561888 C2 [7].

масштабный макет

В 2015 г. РКК «Энергия» с кооперацией были завершены работы по созданию масштабного макета ТМ в 1/3 от натуральной величины (рис. 7, 8). Масштабный прототип предназначен для отработки технологии изготовления ТМ, отработки технологии восстановления поврежденного корпуса модуля, силовой схемы, герметичности, методов укладки, средств зачековки и развертывания МТГО, а также демонстрации инновационных технологий изменения герметичного объема на авиационно-космических салонах и выставках.

Рис. 7. Проектный облик масштабного макета трансформируемого модуля (подставка условно не показана): 1 — тканевая оболочка многослойной трансформируемой гермооболочки (сегментирование и элементы зачековки условно не показаны); 2 — гермолюк; 3 — внутренний жесткий отсек

В 2015 г. был проведен цикл наземной экспериментальной отработки макета ТМ. По результатам испытаний подтверждена

правильность основных выбранных конструктивно-компоновочных решений, намечены пути оптимизации конструкции с целью повышения технологичности и эксплуатационных характеристик ТМ.

Рис. 8. Масштабный макет трансформируемого модуля

Проект по созданию складского модуля

После отработки конструктивно-компоновочных решений и выполнения испытаний на масштабном макете планируется создание ТМ среднего размера (объемом около 100 м3) для перспективных космических проектов (например, российской околоземной орбитальной космической станции) с обеспечением максимальной унификации с полноразмерными модулями как по жесткому отсеку, так и по МТГО.

Создаваемый в ходе инвестиционного проекта РКК «Энергия» научный и материально-технический задел по космическим модулям с МТГО, а также имеющийся задел по традиционным модулям космических станций позволят приступить к разработке эскизного проекта по складскому модулю с использованием новых принципов и технологий формирования гермоотсеков.

Такой трансформируемый модуль среднего размера предназначен для:

• проверки работоспособности конструкции на всех этапах функционирования;

• отработки технологии раскрытия МТГО в реальных условиях;

• проверки изменения характеристик как материалов МТГО, так и МТГО в целом за время эксплуатации;

• отработки эксплуатации МТГО в составе модуля.

При создании складского модуля с МТГО будут получены следующие основные результаты:

• существенно увеличен объем складских помещений Российского сегмента МКС (перспективной российской орбитальной базы);

• созданы дополнительные герметичные помещения, которые могут быть использованы в интересах обеспечения жизнедеятельности космонавтов и проведения научных экспериментов;

• отработана технология изготовления, испытаний, укладки, транспортирования, хранения, предстартовой подготовки и выведения ТМ с надувной многослойной оболочкой большого диаметра;

• отработана технология обеспечения автономного орбитального функционирования, сближения и стыковки с космической станцией, развертывания и обеспечения функционирования ТМ в составе космической станции;

• экспериментально подтверждены ресурсные характеристики и защитные свойства многослойной оболочки в условиях совокупного воздействия внешних факторов космического пространства;

• отработаны организационные, схемотехнические и конструкторско-технологиче-ские решения по хранению припасов и грузов, а также обеспечению жизнедеятельности экипажа в ТМ с многослойной надувной оболочкой большого диаметра;

• создан научный и материально-технический задел в обеспечение создания надувных обитаемых ТМ различного целевого назначения с повышенными эксплуатационными характеристиками для пилотируемых космических станций, экспедиционных комплексов и планетных баз.

Складской ТМ в исходном и рабочем положениях показан на рис. 9.

Компоновка системы хранения в складском модуле приведена на рис. 10.

Предлагаемая конструктивно-компоновочная схема трансформируемого складского модуля обладает следующими достоинствами:

1. Наличие нетрансформируемой рабочей зоны экипажа значительного объема с традиционным сечением в плане 2 000x2 000 мм. На стенках этой зоны размещаются рабочие панели приборов, установленных в жесткой раме. На этапе выведения зона может быть полностью использована для складирования припасов и оборудования. Эргономика зоны полностью соответствует рабочим зонам традиционных отсеков космической станции. Рабочая зона имеет повышенные защитные свойства от ионизирующего излучения космического пространства благодаря экранированию как многослойной оболочкой, так и приборами и грузами, что обеспечит защиту экипажа при длительных экспедициях.

2. Наличие пространственной жесткой приборной рамы, оснащаемой аппаратурой в наземных условиях при изготовлении модуля. Глубина зоны размещения приборов составит не менее 350 мм, что обеспечит возможность установки основной служебной и целевой аппаратуры перспективных модулей станции.

3. Наличие четырех трансформируемых зон большого объема с двумя плоскими стенками. В зависимости от решаемых задач эти зоны могут быть использованы для складирования оборудования и припасов, размещения дополнительной служебной и научной аппаратуры с необходимыми рабочими местами, бытовых помещений, тренажеров и диагностических стендов, а также, в перспективе, индивидуальных кают членов экипажа.

а)

б)

Рис. 9. Проектный облик трансформируемого складского модуля средней размерности в составе транспортного грузового корабля-модуля : а - в исходном положении; б - в рабочем положении

а)

б)

Рис. 10. Вариант внутренней компоновки трансформируемого складского модуля средней размерности: а — крышки ячеек системы хранения сняты (1 — мягкие стенки системы хранения повторяют поверхность оболочки; 2 — жесткие стенки системы хранения); б — крышки ячеек системы хранения установлены (3 — крышки ячеек системы хранения (панели «пола»); 4 — крышки ячеек системы хранения (стеновые панели))

В дальнейшем по данной технологии могут быть созданы полноразмерные обитаемые модули объемом до 300 м3 для использования в составе орбитальных космических станций и планетных баз. Сравнение характеристик двух возможных типоразмеров модулей приведено в таблице.

Таблица

Основные характеристики двух возможных типоразмеров модуля

Параметр Средний типоразмер (гермообъем >100 м3) Большой типоразмер (гермообъем >250 м3)

Средства выведения РН «Союз» этапа 1б в составе корабля-модуля РН «Протон-М» или «Ангара-А5»

Масса, т До 4,75 (корабля-модуля — до 8,28) До 20,7

Сборочно-защитный блок Типа 81КС Типа 14С75.15

Диаметр в стартовом положении, м 3,75 3,9 (3,75 по трансформируемому отсеку)

Диаметр в рабочем положении, м 7,1 7,1

Длина, м 6,6 14,6

Предлагаемые типоразмеры модулей имеют идентичную конструкцию оболочки и несущей рамы жесткого отсека, что обеспечивает возможность создания модулей различного объема за счет изменения длины цилиндрической

вставки оболочки и стержней рамы с сохранением основных элементов конструктивно-силовой схемы (рис. 11). Технология позволит создавать отсеки с диаметром внутреннего герметичного объема 6,5 м и длиной до 15 м при стартовом внешнем диаметре оболочки не более 3,75 м.

а)

б)

Рис. 11. Принцип увеличения объема модуля — увеличение длины цилиндрической части оболочки и приборной рамы: а —

модуль среднего типоразмера; б — модуль большого типоразмера

выводы

Существенное увеличение гермообъемов традиционных жестких модулей возможно только за счет увеличения диаметра гермо-отсеков. При этом при использовании жестких отсеков увеличенного диаметра потребуется увеличение диаметров головных обтекателей средств выведения, что негативно сказывается на аэродинамическом нагружении конструкции ракет-носителей и может привести к необходимости модернизации системы управления, упрочнению и утяжелению ступеней, и, как следствие, снижению массовой эффективности ракет-носителей. Кроме того, потребуется создание специальных средств и обеспечение специальных условий транспортирования, к тому же переход на увеличенные диаметры жестких герметичных корпусов приведет к необходимости существенной модернизации производства и испытательной базы на заводах-изготовителях.

Таким образом, технология космических трансформируемых модулей с многослойной трансформируемой (надувной) гермооболоч-кой является наиболее перспективной. Она может обеспечить увеличение массового совершенства гермоотсека за счет коэффициента трансформации до 4,5, что позволит создавать модули больших диаметров без необходимости разработки и применения обтекателей ракет-носителей увеличенного диаметра.

Проведенные РКК «Энергия» проектно-поисковые и расчетно-теоретические исследования, а также экспериментальная отработка с использованием образцов оболочки позволили сформировать существенный задел для дальнейших работ по проекту. Создание масштабного макета и планируемая экспериментальная отработка с его использованием позволит освоить технологию создания трансформируемых модулей и проверить правильность выбора конструкции оболочки и модуля в целом.

Разрабатываемая отечественная технология космических модулей с многослойной трансформируемой гермооболочкой должна превзойти зарубежный аналог по уровню защиты экипажа от воздействия ионизирующего

излучения космического пространства, что подтверждается проработкой внутренней компоновки модуля и исследованием Института медико-биологический проблем PАH. ^оме того, эта технология сможет обеспечить оптимальную, по сравнению с классическими отсеками, компоновку внутреннего гермообъема с точки зрения складирования припасов и оборудования, обеспечения жизнедеятельности экипажа при длительных полетах, проведении научных, медицинских и технологических экспериментов.

Список литературы

1. Kennedy K.J., Raboin J., Spexarth G., Valle G. Inflatable habitats // In Gossamer Spasecraft: Membrane and inflatable structures technology for space applications. AlAA. 2001. P. 527-552.

2. TransHab. Гежим доступа: http:// spaceflight.nasa.gov/history/station/transhab/ (дата обращения 10.03.2016 г.).

3. Bigelow Aerospace. Pежим доступа: http://bigelowaerospace.com (дата обращения 10.03.2016 г.).

4. The Bigelow Expandable Activity Module (BEAM). Pежим доступа: http://bigelowaerospace. com /beam/ (дата обращения 10.03.2016 г.).

5. Годовой отчет Открытого акционерного общества «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. ^ролёва» за 2012 год. Гежим доступа: http://www.energia.ru/ru/ disclose/areports/areports_2012.pdf (дата обращения 10.03.2016 г.).

6. Годовой отчет Открытого акционерного общества «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. ^ролёва» за 2013 год. Pежим доступа: http://www.energia.ru/ru/ disclose/areports/areports_2013.pdf (дата обращения 10.03.2016 г.).

7. Патент RU 2561SSS C2. Pоссийская Федерация. ^смический трансформируемый модуль. Хамиц И.И., Бурылов Л.С., Чер-нецова А.А.; заявитель и патентообладатель — ОАО «PKK «Энергия»; заявка 2013154017/11; приоритет от 05.12.2013 г. // Изобретения и полезные модели. 10.09.2015. № 25. Статья поступила в редакцию 16.03.2016 г.

Reference

1. Kennedy K.J., Raboin J., Spexarth G., Valle G. Inflatable habitats. In: Gossamer Spasecraft: Membrane and inflatable structures technology for space applications. AlAA, 2001, pp. 527-552.

2. TransHab. Available at: http://spaceflight.nasa.gov/history/station/transhab/ (accessed 10.03.2016).

3. Bigelow Aerospace. Available at: http://bigelowaerospace.com (accessed 10.03.2016).

4. The Bigelow Expandable Activity Module (BEAM). Available at: http://bigelowaerospace.com/ beam/ (accessed 10.03.2016).

5. Godovoi otchet Otkrytogo aktsionernogo obshchestva «Raketno-kosmicheskaya korporatsiya «Energiya» imeni S.P. Koroleva» za 2012 god [Annual Report of S.P. Korolev Rocket and Space Public Corporation Energia for 2012]. Available at: http://www.energia.ru/ru/disclose/areports/areports_2012. pdf (accessed 10.032016).

6. Godovoi otchet Otkrytogo aktsionernogo obshchestva «Raketno-kosmicheskaya korporatsiya «Energiya» imeni S.P. Koroleva» za 2013 god [Annual Report of S.P. Korolev Rocket and Space Public Corporation Energia for 2013]. Available at: http://www.energia.ru/ru/disclose/areports/areports_2013. pdf (accessed 10.03.2016).

7. Patent RU 2561888 C2. Rossiiskaya Federatsiya. Kosmicheskii transformiruemyi modul' [Space transformable module]. Khamits 1.1., Burylov L.S., Chernetsova A.A.; the applicant and the patent owner — OAO «RKK «Energiya»; application 2013154017/11; priority of 05.12.2013. Izobreteniya i poleznye modeli, no. 25, 10.09.2015.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.