Конспект лекций к дисциплине «Основы устройства космических аппаратов»

Тема 1. Общая характеристика космической техники.

Классификация космических аппаратов. Факторы, влияющие на космические аппараты. Конструктивно-компоновочные требования к космическим аппаратам.

Орбитальный полет. Основы движения космических аппаратов. Орбиты искусственных спутников Земли. Орбиты лунных и межпланетных КА.

Тема 2. Особенности устройства и функционирования космических аппаратов различных классов.

2.1. Ракеты-носители (РН).

Назначение и область применения РН. Классификация РН. Компоновочные схемы РН. Траектория РН. Управление движением РН. Состав бортового оборудования РН. Двигательные установки РН. Конструктивные особенности РН. Компоновка РН семейства «Союз» и «Протон».

2.2. Искусственные спутники Земли (ИСЗ).

Назначение и область применения ИСЗ. Классификация ИЗС. Научно-исследовательские, прикладные и военные ИЗС. Компоновка ИСЗ на примере ИСЗ «Молния» Бортовое оснащение ИСЗ. Двигательные установки ИЗС. Система ориентации ИСЗ. Конструктивные особенности ИЗС.

2.3. Автоматические межпланетные станции (АМС).

Назначение и область применения АМС. Компоновка АМС. Орбиты AMС. Бортовое оснащение АМС. Особенности конструкции АМС. Примеры компоновок отечественных и американских АМС.

2.4. Космические корабли (КК).

Назначение и область применения КК. Конструктивно-компоновочные схемы КК. Особенности конструкции КК. Оборудование и системы космических КК Примеры компоновочных схем космических кораблей «Союз» и «Апполон».

2.5. Спускаемые аппараты (СА).

Назначение СА. Траектории спуска СА. Применяемые формы СА: Управление спуском СА. Компоновка СА Конструкция СА. Примеры схем посадки и компоновок отечественных и американских СА.

2.6. Орбитальные станции (ОС).

Назначение ОС, Конструктивно-компоновочные схемы ОС. Управление движением и ориентацией ОС. Бортовые системы ОС. Особенности конструкции. Примеры конструктивно-компоновочные схем отечественных ОС. Международная космическая станция (МКС).

2.7. Многоразовые транспортные космические корабли

Назначение и область применения МТКК. Принципы вывода на орбиту орбитального корабля и его возращения на Землю. Анализ конструктивных схем МТКК. Конструкция МТКК. Существующие и разрабатываемые МТКК. Многоразовые транспортные космические корабли «Буран» и «Спейс Шаттл».

Учебная и методическая литература

1. Гущин В.Н. Основы устройства и конструирования космических аппаратов. М.: Издательство «Машиностроение», 2003.

2. Новиков В.Н. Введение в ракетно-космическую технику: Учебное пособие. – М.: Изд-во МАИ – ПРИНТ, 2010.

3. Конструкция и проектирование космических летательных аппаратов. / Н.И. Паничкин, Ю.В. Слепушкин, В.П. Шинкин, Н.А. Яцынин. – М.: Машиностроение. 1986.

Тема 1. Общая характеристика космической техники

1.1. Классификация космических аппаратов

В основе полета всех космических аппаратов лежит их разгон до скоростей, равных или превышающих первую космическую скорость, при которой кинетическая энергия КА уравновешивает его притягивание гравитационным полем Земли. Космический аппарат совершает полет по орбите, форма которой зависит от скорости разгона и расстояния до притягивающего центра. Разгоняются КА с помощью ракет-носителей (РН) и других разгонных транспортных средств, в том числе многоразового использования.

Космические аппараты делятся по скоростям полета на две группы:

околоземные, имеющие скорость меньше второй космической, движущиеся по геоцентрическим орбитам и не выходящие за пределы сферы действия гравитационного поля Земли;

межпланетные, полет которых происходит со скоростями выше второй космической.

По назначению КА разделяются на:

— искусственные спутники Земли (ИСЗ);

— искусственные спутники Луны (ИСЛ), Марса (ИСМ), Венеры (ИСВ), Солнца (ИСС) и т.п.;

— автоматические межпланетные станции (АМС);

— пилотируемые космические корабли (КК);

— орбитальные станции (ОС).

Особенностью большинства КА является их способность к длительному самостоятельному функционированию в условиях космического пространства. Для этого на КА имеются системы энергетического обеспечения (солнечные батареи, топливные элементы, изотопные и ядерные энергетические установки и др.), системы регулирования теплового режима, а на пилотируемых КК — системы обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) с регулированием атмосферы, температуры, влажности, снабжения водой и пищей. На КА обычно имеются системы управления движением и ориентацией в пространстве, работающие в автоматическом режиме, а на пилотируемых — и в ручном режиме. Полет автоматических и пилотируемых КА обеспечивается постоянной радиосвязью с Землей, передачей телеметрической и телевизионной информации.

Конструкция КА отличается рядом особенностей, связанных с условиями космического полета. Функционирование КА требует существования взаимосвязанных технических средств, составляющих космический комплекс. В состав космического комплекса обычно входят: космодром со стартовыми техническими и измерительными комплексами, центр управления полетом, центр дальней космической связи, включая наземные и корабельные системы, поисково-спасательные и др. системы, обеспечивающие функционирование космического комплекса и его инфраструктуры.