🗊Презентация Основы устройства. Классификация космических аппаратов. (Лекция 1)

Классификация космических аппаратов В первом приближении КА можно классифицировать на следующие основные группы:

Бортовые системы В первом приближении среди бортовых систем КА можно выделить следующие основные группы:

- Система управления (СУ) - Система ориентации и стабилизации (СОС) - Система терморегулирования (СТР) - Система энергопитания (СЭП) - Бортовой радиокомплекс (БРК) Двигательная установка (ДУ) - Система обеспечения жизнедеятельности (СОЖ)

Система управления (СУ) обеспечивает выполнение заданной программы работ в автоматическом или автоматизированном режиме, когда на некоторых этапах необходимо вмешательство человека: космонавта на борту или оператора на Земле. Система управления включает автоматику, обеспечивающую в заданной последовательности выполнение рабочих операций, маневр аппарата, заключающийся в определении собственных координат, расчете требуемого импульса и управлении вектором тяги двигательной установки.

Система ориентации и стабилизации (СОС) осуществляет ориентацию аппарата во время полета и ориентацию относительно объекта исследования, а также стабилизацию (закреплению этого положения). Ориентация может быть постоянной или изменяющейся в процессе движения, может осуществляться не только конкретного аппарата в целом, но и отдельных его частей. Способ определения своего положения (и исполнительный орган) может строиться на использовании внешних воздействий в зависимости от гравитационных, магнитных полей, влияния атмосферы планеты и солнечного давления. В основу может быть заложен принцип гироприборов (гироскопические датчики положения, закрутка аппаратов или специальных роторов). Система может использовать в качестве исполнительных органов малые управляющие реактивные двигатели, работающие на сжатом газе. Информация об ориентации ИСЗ может поступать отдатчиков указанного типа или астродатчиков положения Солнца, планет и звезд. Каждый из принципов обеспечивает определенную точность ориентации, определяющую его использование.

Система терморегулирования (СТР) обеспечивает необходимый тепловой режим на борту ИСЗ, что связано с определенными требованиями для аппаратуры в целом или для каждого прибора в отдельности, хотя существуют определенные общие требования, предъявляемые к разрабатываемой аппаратуре и условиям ее функционирования в составе КА. Поверхности КА на околоземной орбите имеют среднюю температуру около 300 К и это обеспечивается подбором их оптических характеристик и отношением площадей, на которую падает солнечное излучение и с которой излучается тепловая энергия. Система терморегулирования обеспечивает подвод к аппарату заданных внешних теплопотоков. Для этого аппарат определенным образом ориентируется относительно Солнца, используются покрытия с подобранными значениями коэффициентов поглощения и черноты, экранно-вакуумная теплоизоляция. Это пассивная система. При необходимости точного регулирования температуры (например, с точностью ±2 °С) применяются активные системы, организующие теплоотвод в соответствии с режимом аппаратуры. Граница использования систем первого и второго типа определяется максимальной мощностью бортового комплекса и допустимыми колебаниями температуры (обычно она лежит в пределах 20...40 Вт).

Система энергопитания (СЭП) выбирается исходя их времени функционирования и потребляемой мощности. Система энергопитания обычно строится на использовании некоторого постоянного источника энергии, рассчитанного на средний уровень мощности бортового комплекса, и буферных химических батарей, обеспечивающих пиковые нагрузки. В качестве постоянных источников применяются химические и солнечные батареи, топливные элементы, изотопные и ядерные энергоустановки. В зависимости от потребляемой мощности и продолжительности работы определяются зоны целесообразного использования каждого из источников. Кроме того, система включает в себя преобразователи, коммутационное устройство, автоматику управления и кабельную сеть.

Бортовой радиокомплекс (БРК) обладает широким диапазоном функций: от измерения расстояний и поиска аппарата до осуществления связи. Радиокомплекс включает в себя приборные блоки и антенно-фидерное устройство. В зависимости от назначения, длины волны и необходимого коэффициента усиления используются штыревые, щелевые и рупорные антенны, полуволновые диполи и параболические рефлекторы. Антенны больших размеров часто изготавливают складывающимися на участке выведения. Частоты от 100 МГц до 1 ГГц предполагается использовать для связи с ИСЗ на небольшой высоте, когда применяются ненаправленные и широконаправленные антенны; частоты 1... 10 ГГц - при узконаправленных антеннах и широкополосных линиях связи (системы слежения, телепередачи). Эти частоты соответствуют радиоокну атмосферы и минимуму "шумов неба".

Двигательная установка (ДУ) с собственной системой управления для маневрирования на орбите (ИСЗ), выдачи импульса коррекции при движении по траектории к планетам, создание тормозного импульса при посадке на Землю или на поверхность планеты. Двигательная установка КА имеет существенные особенности. Так, для подачи топлива к двигателю часто применяются вытеснительные системы. Баки должны быть снабжены системами и средствами, обеспечивающими запуск двигателя в условиях невесомости. Если применяются системы подачи топлива с помощью турбонасосного агрегата (ТНА),то образующийся парогаз используется как рабочее тело в управляющих соплах, либо дожигается в двигателе. Топлива, используемые для двигательных установок КА, - долгохранимые и самовоспламеняющиеся. С целью уменьшения массы, повышения надежности и управляемости современные космические ЖРД работают при сравнительно низком давлении в камере, при возможности глубокого дросселирования тяги. С той же целью - уменьшения массы конструкции - сопла камер охлаждаются лишь частично с помощью циркулирующего компонента в зоне, прилегающей к критическому сечению. РДТТ характеризуются низкой величиной импульса. Для обеспечения стабильности применяется термостатирование.

Принципы конструирования КА В космической технике широко используется модульный принцип компоновки - создание комплексов приборов и агрегатов, выполняющих некоторый законченный цикл операций. При этом в случае отказа модуля при испытаниях, он не ремонтируется в составе аппарата, а заменяется. Используются две принципиальные компоновочные схемы КА: - моноблочная, при которой системы и агрегаты размещаются в едином отсеке и на его корпусе, - свободная, при которой отдельные блоки систем монтируются на несущей ферме. Блоки систем КА, как правило, требуют нормальных условий работы (давление около 0,1 МПа; температура 0...40 °С). Некоторые из них, имеющие собственный герметический корпус, могут работать в открытом космосе. По этому принципу они собираются в блоки, размещаемые в соответствующих отсеках: в герметических, негерметических с пониженным давлением (около 0,015 МПа). Единый герметический отсек легче индивидуальных корпусов входящих блоков.

Выбирая принцип работы той или иной системы, необходимо учитывать их взаимосвязь и влияние на параметры аппарата в целом. Например: - переход от неориентируемого к ориентируемому полету спутников связи позволяет использовать узконаправленную антенну и увеличивать коэффициент усиления сигнала приблизительно на 20 дБ. Однако масса аппарата возрастает на 15...20 %. - переход к ориентируемым солнечным батареям обычно целесообразен при их мощности более 80... 100 Вт. Если она ниже, эффективнее увеличивать площадь батареи, размещенной на корпусе свободно вращающегося спутника. - при компоновке астродатчиков системы ориентации (датчиков Солнца, планет, звезд) необходимо обеспечивать свободное поле зрения, устранять влияние бликов, подбирать рабочие тела, не дающие свечения при их выделении из КА. - корпуса аппаратов с особо точной ориентацией 1 '-1" изготавливаются жесткими, не допускающими деформаций (тепловые деформации, динамически колебания корпуса). - особые требования предъявляются к КА с исследовательским научным оборудованием (газация материалов при спектроскопии, расположение датчиков).

Конструкция корпуса. Конструкция КА состоит из корпуса, приборных рам, системы отделения от носителя, кронштейнов и механизмов раскрытия и крепления выносных элементов. Масса конструкции Нижнее значение относительной массы конструкции относится к крупногабаритным ИСЗ, масса которых определяется нагрузками на участке выведения на орбиту. Верхнее значение характерно для возвращаемых ИСЗ, для которых при расчете конструкции на прочность принимаются нагрузки на участке спуска с орбиты.

Система энергопитания (СЭП) В настоящее время в качестве типичных источников энергопитания применяются аккумуляторы, солнечные батареи с аккумуляторами, топливные элементы, радиоизотопные источники. Масса СЭП зависит от типа источника тока. Относительная масса Нижнее значение относится к ИСЗ с солнечными батареями и буферными химическими элементами (аккумуляторами). Верхнее значение относительной массы соответствует химическим элементам. Солнечные батареи в целом: конструкция фотоэлементы

Система терморегулирования (СТР) Масса системы терморегулирования зависит от величины тепловыделения аппаратуры и систем ИСЗ. Относительная масса Нижнее значение относится к малогабаритным ИСЗ с небольшим уровнем тепловыделения и простейшими, как правило, пассивными системами терморегулирования. Верхнее значение относительной массы системы терморегулирования касается ИСЗ с большим тепловыделением и сложной системой терморегулирования с жидкостными контурами, радиаторами и т.п.

Система управления (СУ) Система управления ИСЗ зависит от назначения аппарата и программы его функционирования. Относительная масса системы управления Нижнее значение - для простейших ИСЗ. Верхнее значение - для многофункциональных ИСЗ.

Система ориентации и стабилизации (СОС) Система ориентации и стабилизации (СОС). Масса системы ориентации и стабилизации зависит от типа системы (активная или пассивная), а для активных СОС - от времени работы: Нижнее значение касается ИСЗ со временем работы от нескольких дней до нескольких месяцев. Верхнее - для ИСЗ со временем работы более года.

Антенно-фидерные устройства (АФУ) и кабельные сети (БКС) Относительная масса антенн и фидерных устройств Относительная масса кабельной сети

Антенно-фидерные устройства (АФУ) и кабельные сети (БКС) Относительная масса антенн и фидерных устройств Относительная масса кабельной сети Электронная аппаратура (ЭА) различных систем

Некоторые другие массовые соотношения. Плотность размещения аппаратуры в приборном отсеке: Масса приборного отсека с аппаратурой (гермоконтейнер, приборная рама, воздуховоды и т.п.): Относительная масса топливных баков (ТБ): Масса баллонов со сжатым газом, находящимся под давлением I0...30 МПа, Баллон с пропаном при давлении 0,3...0,6 МПа имеет плотность

Вопросы проектирования КА Особенность процесса проектирования КА Обычно, на начальном этапе проектирования КА имеется ограниченный набор исходных данных. Однако, имеющийся большой теоретический и практический опыт, применение которого позволяет построить математические модели, описывающие состав бортовых систем и конструкцию практически с любой степенью точности. С другой стороны, особенность проектирования КА состоит в том, что существует такое разнообразие объектов, что попытки получить обобщенные зависимости встречают большие трудности.

Влияние условий космического пространства Метеорная опасность - Радиационная опасность - космическое излучение - солнечное излучение Влияние температуры Космический мусор - Вакуум

Компоновка ракеты Варианты компоновки ракет: 1. одноступенчатая ракета; 2. двухступенчатая ракета с поперечным разделением; 3. двухступенчатая ракета с продольным разделением. 4. Ракета с внешними топливными ёмкостями, отделяемыми после исчерпания топлива в них.