Билет №5

1. КА, как объект управления. Типы бортовых систем КА.

КА – это сложная иерархическая система, предназначенная для целенаправленного управляемого передвижения космическом пространстве.

КА как объект управления Информация о КА, важная с точки зрения управления: - Функциональные возможности КА; - Располагаемые ресурсы; - Характеристики полетных операций; - Состав бортовых систем КА и режимы их работы; - Методики управления бортовыми системами КА; - Описание каналов управления; - Методики контроля состояния и работы КА; - Ограничения на режимы работы КА.

Космический аппарат состоит из целого комплекса основных составных частей. Это, прежде всего, целевая аппаратура, ради которой и проектируется КА. Таким образом, целевая аппаратура предназначена для непосредственного обеспечения решения поставленной перед аппаратом задачи. Выбор оптимального состава целевой аппаратуры представляет собой самостоятельную научно-техническую задачу. Другой важнейшей составной частью является корпус КА. В состав КА входят также служебные системы: жизнеобеспечения, ориентации и стабилизации, энергоснабжения, аварийного спасения, посадка, маневра, управления, отделения от носителя, разделения и стыковки, бортового радиокомплекса.

Корпус КА является силовой основой, на который размещается все бортовое оборудование КА. Корпус как несущий элемент КА может быть монококовой (оболочковый) или стержневой (в виде ферм или рам) конструкцией. Оболочковые конструкции применяются тогда, когда необходимо создать для экипажа и бортового оборудования определенный микроклимат и защиту от окружающей среды внутри герметически замкнутого отсека или емкости или когда необходимо получить определенные летно-технические или радиотехнические характеристики аппарата путем выбора определенных геометрических форм корпуса КА (например, аэродинамическое качество). В том случае, когда бортовая аппаратура КА может нормально функционировать в глубоком вакууме, корпус КА не имеет герметизации и может представлять собой стержневую конструкцию.

Корпус должен быть достаточно прочным и жестким, способным выдержать нагрузки, действующие на КА на всех этапах его жизненного цикла.

Корпус должен обеспечивать надежную защиту экипажа и бортового оборудования, расположенного в нем, от воздействия окружающей среды.

Форма корпуса должна обеспечивать при движении КА в атмосфере устойчивость, управляемость, заданное аэродинамическое качество.

Элементы конструкции корпуса выполняются из легких сплавов. Отдельные отсеки изготавливаются из жаропрочных и термостойких материалов. Отсек экипажа, как правило, имеет теплоизоляционное и звукоизоляционное покрытия, люки и иллюминаторы. Корпус пилотируемого КА может быть выполнен многосекционным и состоять из жилого (бытового), рабочего, переходного (шлюзового) и других отсеков. Снаружи корпус пилотируемого КК может иметь специальные радиационную и противометеорную защиты.

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 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.

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.

Система энергопитания (СЭП) выбирается исходя их времени функционирования и потребляемой мощности.

Бортовой радиокомплекс (БРК) обладает широким диапазоном функций: от измерения расстояний и поиска аппарата до осуществления связи.

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.

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.

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 от датчиков указанного типа или астродатчиков положения Солнца, планет и звезд. Каждый из принципов обеспечивает определенную точность ориентации, определяющую его использование.

Система терморегулирования. 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. Изменение теплового потока, падающего на рассматриваемый элемент КА, приводит к изменению температуры поверхности и, как следствие, к выходу КА из строя. Кроме того, как показывают результаты исследований, обеспечить приемлемый уровень температур для надежной работы научной, радиопередающей и другой аппаратуры без специальных мероприятий невозможно.

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, практически исключающая теплообмен. Иногда этого достаточно для обеспечения рабочего режима аппарата (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).

В активной системе циркулирующий газ приборного отсека отводит тепловой поток на корпус или специальный радиатор. Если необходимо обеспечить большой удельный теплосъем (больше. чем 2 Вт/см² ), в качестве теплоносителя используется жидкость. Обязательным элементом воздушного контура является вентилятор, обеспечивающий циркуляцию газа и вынужденную конвекцию (свободная конвекция отсутствует в невесомости). В качестве управляющих элеметов применяются дроссели расхода, работающие по командам от датчиков температуры.

Система обеспечения 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.

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 1ГГц 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 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 (TНА), 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 (1:5) тяги. С той же целью — уменьшения массы конструкции — сопла камер охлаждаются лишь частично с помощью циркулирующего компонента в зоне, прилегающей к критическому сечению.

РДТГ, используемые для КА, характеризуются низкой величиной импульса. Для обеспечения стабильности применяется термостатирование.

2. Уровни планирования при работе с долговременными КА.

Иерархия уровней планирования полета

Предметом коллективной деятельности, связанной с планированием космического полета являются:

1. Решение задач, относящихся к баллистическому обеспечению;

2. Определение правил и ограничений исполнительного планирования;

3. Сбор и формализация данных по планированию;

4. Планирование использования ресурсов и работы систем ОК;

5. Определение «окон» выполнения научных экспериментов;

6. Организация рационального режима труда и отдыха космонавтов (РТО);

7. Назначение приоритетов полетным операциям;

8. Разработка плана полетных операций, позволяющих выполнить цели и задачи программы космического полета.