Характеристикааспектів експлуатації космічних систем
Використання космічних систем за їх прямим призначеннямнеможливо поза систем їх оточують, тобто у відриві від їх взаємодії зіншими системами космічного апарату (КА). Більш того, по ряду причин,використання як космічної рухової установки (КДУ), який би видрушія вона не використовувала, так і енергетичної системи КА, заснованої наякому принципі, не завжди можливий без використання систем обробкиінформації і вироблення команд розташовуються на Землі і входять до складуракетно-космічних комплексів (РКК) або ракетно-космічних льотних комплексівабо ще по-іншому просто льотних комплексів (ЛК). До аналізу взаємодіївсіх цих систем ми повернемося нижче, а зараз розглянемо деяківизначення, які знадобляться для подальшого розгляду.
Космічний апарат (КА) це загальна назва різнихтехнічних пристроїв, призначених для виконання цільових завдань в космосі.Засобом досягнення необхідної швидкості для здійснення космічного польотуКА є ракета-носій. КА діляться на дві основні групи: навколоземніорбітальні КА, що рухаються по геоцентричним орбітах, не виходячи за межісфери дії гравітаційного поля Землі, це т. зв. штучні супутникиЗемлі (ШСЗ), і міжпланетні КА.
При цьому розрізняють автоматичні КА (ШСЗ, штучнісупутники Місяця - ИСЛ, Марса - ІСМ, Венери - ісв, Сонця - ІДС і т. п.,автоматичні міжпланетні КА) і пілотовані космічні кораблі-супутники,населені орбітальні станції, міжпланетні космічні кораблі. Для доставкивантажів на пілотовані КА служать автоматичні транспортні КА. Замість термінуВ«Космічний апаратВ» іноді використовують термін В«космічний літальнийапарат В».
У найзагальнішому вигляді, траєкторія польоту КА може бутирозділена на наступні ділянки:
ділянку виведення - де КА повідомляється необхіднакосмічна швидкість в заданому напрямі;
орбітальний ділянку, на якій рух КА відбувається восновному за інерцією, за законами небесної механіки;
ділянку посадки.
У ряді випадків, для виконання необхідних еволюцій, КАзабезпечуються ракетними двигунами, що дозволяють на орбітальному ділянці змінювати(Коректувати) траєкторію руху або гальмувати КА при посадці. Длясучасних КА, що використовують хімічні РД, протяжність ділянок польоту зпрацюючими двигунами (виведення, корекція, гальмування) значно менше,ніж повна довжина орбіт.
Відмітна особливість більшості КА - це здатністьдо тривалого самостійного функціонування в умовах космічногопростору. У багатьох відносинах (закони руху, тепловий режим і ін)такі КА подібні самостійним небесним тілам, на яких створені необхідніумови для роботи апаратури і існування людей. Серед систем КА основнимиможна вважати:
регулювання теплового режиму,
двіжітельно,
енергоживлення бортової апаратури,
управління рухом у польоті,
радіозв'язку із Землею і ін
В КА з екіпажем в герметичній кабіні забезпечуютьсянеобхідні умови для життя і роботи людини - здійснюється регенераціяатмосфери з регулюванням її температури і вологості, постачання водою і їжею.Вирішення проблем життєзабезпечення екіпажу особливо складно для населенихорбітальних станцій і міжпланетних кораблів.
Багато КА мають системи для орієнтації в просторі.Орієнтація КА зазвичай виконується з певною метою (наукові спостереженняоб'єкта, радіозв'язок, оптимальне освітлення сонячних батарей та ін.) ВЗалежно від завдання похибка орієнтації може складати від 10 ... 15 В° додекількох кутових секунд. Зміна траєкторії (її корекція, маневруванняКА, гальмування перед спуском на Землю або іншу планету і т. п.) необхіднодля реалізації будь-якої досить складної схеми космічного польоту.
Тому всі пілотовані КА і більшість автоматичнихКА забезпечені системою управління рухом і бортовими РД. Специфічною завданнямє підтримка на борту КА необхідної температури. На відміну від наземнихумов, в космічному просторі теплообмін між отд. тілами здійснюєтьсятільки випромінюванням.
На КА впливають зовнішні теплові потоки - випромінюванняСонця, Землі або ін близької планети, зазвичай змінні (захід КА в тіньЗемлі, політ на різних віддалях від Сонця). У свою чергу, КА випромінює внавколишній простір в одиницю часу певну кількість теплоти(Залежне від поглинання зовнішніх теплових потоків і внутрішньоготепловиділення). КА зазвичай мають т. зв. радіаційні поверхню (це частина йогооболонки або окремий радіатор-випромінювач), яка за рахунок спеціальноїобробки володіє великим собств. випромінюванням теплоти при малому поглинанні йогоззовні. Змінюючи теплопідводу до радіаційної поверхні і її власної. випромінювання (напр.,за допомогою спеціальних жалюзі), регулюють тепловий баланс КА, тобто йоготемпературу. Для теплових процесів на борту КА характерна відсутністьконвективного теплообміну у зв'язку із станом невагомості у польоті; томуодна з функцій системи терморегулювання - організація внутрішнього тепловогорежиму.
Проблема енергоживлення бортової апаратури КА вирішується вдекількох напрямках:
використання сонячного випромінювання, перетворюваного велектроенергію за допомогою сонячних батарей (СБ) цей спосіб енергоживлення,найбільш широко застосовуваний на сучасних КА, забезпечує тривалість роботиапаратури до декількох років;
установка джерел струму з високою енерговіддачею наодиницю маси - паливних елементів, що виробляють електроенергію в результатіелектрохімічних процесів між двома робочими речовинами, наприкладкиснем і воднем (отримана при цьому вода може використовуватися всистемах життєзабезпечення пілотованих КА);
застосування бортових ядерних енергетичних установок зреакторами і ізотопними генераторами.
хімічні джерела струму (акумулятори) застосовуютьсятільки на КА з малим часом роботи апаратури (до 1 ... 3 тижнів) або в якостібуферних батарей в системах енергоживлення (наприклад, в поєднанні з СБ).
Політ автоматичних і пілотованих КА вимагає радіозв'язкуіз Землею, передачі на Землю телеметричної і телевізійної (ТВ) інформації,прийому радіокоманд, періодичних вимірів траєкторії руху КА, телефонноїзв'язку з космонавтами. Ці функції виконують бортові радіосистеми і наземнікомандно-вимірювальні пункти.
Одна з найбільш складних проблем космічних польотів -спуск КА на поверхню Землі та інших небесних тіл, коли космічна швидкістьКА повинна бути зменшена до нуля в момент посадки. Можливі два способигальмування КА: з використанням гальмуватиме реактивної сили; за допомогоюаеродинамічних сил, що виникають при русі апарату в атмосфері. Дляреалізації першого способу КА (або його частина - т. зв. спусковий апарат) повиненбути забезпечений гальмової рухової установкою (ТДУ) з великим запасом палива;тому спуск з ракетним гальмуванням застосовується для посадки на небесні тіла,позбавлені атмосфери, наприклад на Місяць. Спуск з аеродинамічним гальмуваннямбільш вигідний (не вимагає ТДУ з великим запасом палива) і є основнимпри здійсненні посадки КА на Землю.
При спуску по балістичній траєкторії перевантаженнядосягають 8 ... 10; спуск по плануючої траєкторії, коли на спусковий апарат,крім сили опору, діє і підіймальна сила, дозволяє зменшити ціперевантаження в 1,5 ... 2 рази. На ділянці спуску при русі в атмосфері має місцеінтенсивний аеродинамічний нагрів апарату, що спускається. Тому він забезпечуєтьсятеплозахисним покриттям, створюваним на основі керамічних або органічнихматеріалів, що володіють високою термостійкістю, малою теплопровідністю. ВНаприкінці траєкторії спуску на висотах у декілька км швидкість руху знижуєтьсядо 150 ... 250 м/с. Подальше зниження швидкості перед приземленням здійснюєтьсязазвичай за допомогою парашутної системи.
На сучасних КК застосовувалися системи м'якої посадки(Включення ТДУ безпосередньо перед контактом із землею), що дозволяють зменшитишвидкість приземлення до декількох м/с.
Конструкція КА відрізняється рядом особливостей, пов'язаних зіспецифічними факторами космічного простору: глибо...
