Основа КА Лекции Пузин

ВНЕШНИЕ ВОЗМУЩАЮЩИЕ ФАКТОРЫ.

Солнечное и галактическое космическое излучение, метеорное вещество

Солнечное космическое излучение – интенсивные потоки частиц высокой (от 106 до 2·1010 эВ) энергии, генерируемые Солнцем во время сильных вспышек. В состав солнечного космического излучения входят в основном протоны и электроны с энергией > 40 кэВ.

Галактическое космическое излучение – потоки частиц, возникающие вне пределов Солнечной системы и состоящие из ~ 94% протонов и электронов, ~ 5,5% ядер гелия и небольшого количества тяжелых ядер. Средняя энергия частиц галактического космического излучения, наблюдаемых около Земли, составляет 1010 эВ, причем энергия некоторых из них может достигать 1020 эВ и выше, т.е. во много раз превосходит максимальную энергию, полученную на Земле с помощью ускорителей заряженных частиц. Поток частиц движется с релятивистскими (близкими к скорости света) скоростями. Его интенсивность практически одинакова во всех направлениях, увеличивается по мере удаления от Солнца (что связано с действием межпланетного магнитного ноля) и имеет колебания в противофазе с изменением периодов солнечной активности.

По своей проникающей способности галактические космические лучи превосходят все другие виды излучений, кроме нейтрино.

Метеорное вещество в околоземном пространстве по динамическим характеристикам подразделяют на метеорные тела:

-спорадические;

-принадлежащие к метеорным потокам;

-принадлежащие к пылевой оболочке Земли.

Метеорные частицы – тела, находящиеся в условиях космоса. Метеоры – тела, достигшие поверхности Земли.

Спородические метеорные частицы – отдельные метеорные частицы с произвольной ориентацией орбит в космическом пространстве.

Скорости метеорных тел относительно Земли без учета ее притяжения не превышает 72 км/с, при этом в нормативных документах для спорадических метеорных тел скорость принимается равной 20 км/с, для частиц пылевой оболочки Земли – 8 км/с.

2121

ВНЕШНИЕ ВОЗМУЩАЮЩИЕ ФАКТОРЫ. Метеорное вещество

Столкновение с метеорными телами способно вызвать следующие повреждения:

-пробои герметичных ёмкостей и повреждения отдельных приборов вызывают крупные ;

-эрозию радиационных поверхностей, солнечных батарей, оптических поверхностей;

-откалывание частиц от внутренней поверхности оболочки корпуса.

Характерной особенностью метеорных частиц как фактора эксплуатации КА является очень малая

вероятность их появления и влияния на функционирование спутника. То есть, если все метеорные частицы учитывать и разрабатывать «бронированный» КА – то есть обладающий конструкцией с толщиной стенок достаточной для защиты от любых метеоров, такой аппарат будет иметь значительную массу, а метеор за всё время эксплуатации может так и не попасть в КА.

Поэтому при разработке учитываются только воздействие метеорных тел, принадлежащих пылевым потокам, сквозь которые КА проходит регулярно. Влиянием более крупных метеоров пренебрегают,

поэтому если такие объекты сталкиваются с КА, последствия необратимы и приводят к гибели спутника.

Крупные метеорные тела массой m = 10-6 кг на площадку 1 м2 может произойти не чаще 1 раза в 3 года.

2222

ВНЕШНИЕ ВОЗМУЩАЮЩИЕ ФАКТОРЫ. Космические объекты техногенного характера

Космические объекты техногенного характера. В настоящее время на околоземной орбите отслеживается 18835 объектов. Как сообщается в ежеквартальном отчете Отдела NASA по слежению за искусственными космическими объектами (NASA Orbital Debris Program Office), по состоянию на 4 января 2018 года число объектов искусственного происхождения на околоземной орбите, отслеживаемых средствами контроля космического пространства, составляет 18835 единицы. Это на 88 объектов больше, чем отслеживалось тремя месяцами ранее.

В число отслеживаемых объектов входят 4683 (+ 69) космических аппаратов (функционирующие и "мертвые") и 14152 (+ 19) – ступени ракет-носителей и прочие обломки.

"Распределение мест" среди космических держав не изменилось.

Первое место за Россией и странами СНГ – 6518 (+ 5). Из них, 1515 (– 4) – спутники, а 5003 (+ 9) – фрагменты РН и прочий "мусор".

Вторая строчка за США – 6321 (+ 38) объектов. В том числе 1634 (+ 40) спутников и 4687 (– 2)

ступеней и фрагментов.

Третье место у Китая – 3863 (+ 26) объекта. В том числе, 269 (+ 15) спутников и 3594 (+ 11) других объекта.

Четвертое место в рейтинге занимает Франция – 546 объектов (+ 1): 63 (– 1) + 483 (+ 2). У японцев 270 (+ 7) объектов – 170 (+ 4) спутников и 100 (+ 3) фрагментов.

За индийцами 200 (– 3) объектов: 85 (без изменений) + 115 (– 3).

"Показатели" Европейского космического агентства – 81 (+ 5) + 56 (– 1)=137 (+ 4).

Всем остальным странам "принадлежат" 980 (+ 10) объектов – 866 (+ 10) + 114 (без изменений). Как видно из отчета, основное увеличение числа отслеживаемых объектов произошло за счет

увеличение числа спутников, появившихся на орбите.

Для справки: в IV квартале 2017 г. в США было проведено три кластерных запуска с общим число космических аппаратов 30.

2424

ВНЕШНИЕ ВОЗМУЩАЮЩИЕ ФАКТОРЫ. Собственная атмосфера КА

Собственная атмосфера КА.

Испарение покрытий внешних элементов конструкции КА, газовые компоненты продуктов сгорания топлива системы двигательной установки, системы ориентации и стабилизации, а также дегазации (истечении газов) из внутренних полостей КА образуется собственная атмосфера спутника, состоящая как из нейтральных, так заряженных частиц.

Собственная атмосфера КА отрицательно влияет на характеристики спутника:

во - первых, продуктами испарения покрытий могут загрязняться оптические элементы датчиков системы ориентации и защитное стекло фотопреобразователей солнечных батарей;

во - вторых, собственная атмосфера обладает электрической проводимостью, что представляет опасность короткого замыкания для высоковольтных кабелей, проложенных по внешней поверхности КА.

Для парирования воздействия факторов собственной атмосферы спутника, при разработке КА реализуются следующие технические решения:

1)На наружных поверхностях спутника применяются неметаллические материалы и покрытия, удовлетворяющие требованию: потеря массы не более 0,1% и количество осажденного летучего конденсирующего вещества не более 0,1% от массы исходного материала;

2)В первые 4 - 10 суток после выведения спутника на орбиту, аппаратура, имеющая высоковольтные цепи снаружи КА, включается под контролем аппаратных средств с целью минимизации электростатического воздействия ;

3)Поле зрения оптических приборов и факелы двигателей разносятся в пространстве или их работа разносится по времени, при этом основная зона действия факела ограничивается конусом с углом раскрыва 90°;

4)Для обеспечения спада давления внутри негерметичных приборных отсеков в его конструкции предусматриваются вентиляционные отверстия с суммарной площадью, зависящей от объема приборного отсека: 0,004 м2 на каждый 1 м3 объема

2525

ВНЕШНИЕ ВОЗМУЩАЮЩИЕ ФАКТОРЫ.

Условия в технических отсеках КА герметичного исполнения

В состав газовой среды технических отсеков КА, выполненных в герметичном исполнении, входит азот с примесью кислорода от 2 до 5 % с остаточной концентрацией гелия до 0,01 %, при давлении 0,09…0,13 МПа (0,9 …1,3 кгс/см2) и температуре от 0 до 40 С при наземных испытаниях, хранении, натурной эксплуатации и 50 С при транспортировании.

Задачей гермоотсека является поддержание для установленных приборов и аппаратуры поддержание в течение длительного времени эксплуатации КА на орбите требуемых условий

окружающей среды, приближенных к наземным условиям.

Однако, поскольку среди материалов, из которых изготавливаются приборы, значительную часть составляют металлы, газовая среда гермоотсека должна минимизировать коррозионные процессы, то есть быть химически пассивной. Идеальным было бы использовать благородные газы, однако они характеризуются высокой стоимостью и их использование привело бы к неоправданному удорожанию КА. Поэтому в качестве газовой среды гермоотсека используется азот, как газ одновременно дешёвый в изготовлении и обладающий низкой химической активностью.

Необходимость добавки кислорода в азотную среду обусловлена особенностями эксплуатации

электрических двигателей вентилятора.

Остаточная концентрация гелия связана с мероприятиями по контролю герметичности гермоотсека с использованием гелиево-воздушной смеси. Рабочая температура от 0 до 40 С выбрана из условия отсутствия выпадения росы в гермоотсеке.

Давление в гермоотсеке выбирается из условий минимизации массы газовой среды (чем меньше масса газа в замкнутом объёме, тем меньше давление, создаваемое этим газом), при сохранении

герметичности соединений (герморазъемов – узлов, посредством которых обеспечивается проведение

силовых и командных кабелей с внешних поверхностей гермоотсека во внутреннюю его полость), так как и слишком низкое давление, и слишком высокое могут привести к нарушению герметичности. Дополнительно, для снижения коррозионного эффекта, в гермоотсеке устанавливаются осушители, поглощающие влагу, накопленную приборами при испытаниях на Земле и в полете.

2626

ОСНОВЫ УСТРОЙСТВА КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Кафедра космического машиностроения.

Лекция 2

.

Самара 2017

КЛАССИФИКАЦИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

ПО ТИПАМ РЕШАЕМЫХ ЦЕЛЕВЫХ ЗАДАЧ

Классификация КА по значению массы:

-большие (свыше 1000 кг.),

-малые (от 500 до 1000 кг.),

-мини ( от 100 до 500 кг.),

-нано (от 10 до 100 кг.),

-пико (до 1 кг.).

2

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ СЕРИИ «ЗЕНИТ»

Космический аппарат (КА) - это техническое устройство, предназначенное для функционирования в космическом пространстве на заданной орбите.

В 1959 году было принято решение о создании в СССР спутника-фоторазведчика. Данный аппарат проектировался одновременно и для пилотируемых полѐтов в космос.

В результате получился и космический корабль «Восток», на котором в космос стартовал первый в мире космонавт Юрий Гагарин, и фоторазведчик «Зенит»

Космический аппарат «Зенит»

Общая длина КА на орбите составляет около 5 м, диаметр 2,5 м., общая масса от 4600 кг до 6300 кг. Возвращение на Землю отснятой пленки осуществлялось в спускаемом аппарате, который отделялся от КА после срабатывания тормозного ЖРД. Затем на высоте 7,5 км. вводилась

в действие парашютная система. Отснятый материал доставлялся

поисково-спасательными службами.

3

КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ СЕРИИ «ЯНТАРЬ»

Космический аппарат «Янтарь-2К»

Фоторазведчик высокого разрешения с повышенной оперативностью доставки специнформации и увели- ченным временем активного существования на

4