Аэрокосмическая техника

Технологии проектирования орбит и орбитальных структур спутниковых систем

Новым важным направлением является разработка специальных методов оптимизации орбитального построения перспективной космической системы технического обслуживания космических аппаратов, использование которых позволит продлить срок активного существования космических аппаратов на орбитах. Разрабатываются новые методы оптимизации орбитального маневрирования в интересах решения различных целевых задач, связанных с инспекцией (облетом) космических аппаратов, прогнозированием опасных сближений космических аппаратов с элементами космического мусора, выполнением различных динамических операций на орбитах, включая применение тросовых орбитальных систем и операций по уводу элементов космического мусора. Отличительной чертой этих методов является высокая (по сравнению с традиционными методами) скорость проводимых расчетов, достигаемая, при прочих равных условиях, за счет применения специальных численно-аналитических алгоритмов для прогнозирования движения космических аппаратов и каталогизированных элементов космического мусора. Разработка таких методов может позволить существенно изменить облик наземных и бортовых систем управления космическими аппаратами, улучшая их характеристики как в части решения традиционных задач управления, так и позволяя успешно решать новые задачи автономного управления космическими аппаратами при совершении различных динамических операций на орбитах.

Космические роботехнические и интеллектуальные системы управления космическими аппаратами и внешними манипуляторами

Актуальным направлением в области развития аэрокосмической техники является создание универсальных роботов-космонавтов для космической станции и для реализации межпланетных миссий. Промежуточным этапом создания универсальных роботов космонавтов является создание роботов-помощников космонавта. Данные роботы должны в автоматическом режиме выполнять некоторые опасные работы, выполняемые сегодня людьми, например, выход со станции в открытый космос. Системы управления универсальными роботами—помощниками космонавта должны обеспечивать возможность решения различных задач управления в автоматическом режиме реализация таких систем возможно только в классе интеллектуальных систем управления с большим количеством операторов условия с возможностью решения логических задач для принятия или выбора условий управления и достижения целей. Дальнейшее развитие универсальных многофункциональных роботов позволит заменить космонавта полностью на борту космической станции.

Технологии защиты элементов космического аппарата от воздействия факторов космического пространства для снижения интенсивности процессов деструкции и газовыделения неметаллических материалов

При воздействии различных факторов космического пространства (ФКП) на неметаллические материалы происходит их деструкция. Скорость и механизмы зависят от параметров воздействия ФКП и самого материала. Разрушение может быть объемным, а может носить поверхностный характер (эрозия). В любом случае продукты деструкции уносятся с поверхности или из объема материала в пространство около космических аппаратов (КА). Негативными последствиями этих процессов являются, во-первых, изменение свойств деталей, а во-вторых, образование пылегазового облака вокруг КА — собственной внешней атмосферы (СВА). Всё это может приводить к нарушению работы приборов астронавигации, телекоммуникационных, робототехнических и других систем. Для предотвращения подобных явлений используются различные пути: применение металлических корпусов и минимальное использование неметаллических материалов на поверхности КА (традиционный путь), испытание материалов в соответствии с требованиями ГОСТ Р 50109-92 «Материалы неметаллические. Метод испытания на потерю массы и содержание летучих конденсирующихся веществ при вакуумно-тепловом воздействии». В первом случае происходит существенное увеличение массогабаритных характеристик узлов и приборов. Во втором случае имеется большое количество неметаллических материалов, не удовлетворяющих требованиям данного стандарта, для которых не может быть найдена полноценная замена. Для того чтобы иметь возможность применять неметаллические материалы требуются иные методы защиты от воздействия ФКП и снижения газовыделения. Во-первых, с учетом того, что процесс газовыделения, как правило, носит экспоненциальный характер, то целесообразно проводить предварительное искусственное обезгаживание деталей и узлов, при котором удаляется большая частиц продуктов газовыделения. Во-вторых, использование защитных тонких покрытий позволяет снизить воздействие ФКП на материал для замедления его деструкции и препятствовать выходу частиц из материала в космос. Возможно совместное применение этих двух методов. Для определения оптимальных параметров обезгаживания необходима информация о качественном и количественном составе частиц, которые потенциально могут стать продуктом газовыделения, скорости деструкции и механизмах переноса частиц в материале в зависимости от параметров воздействия. Эти данные необходимы для выбора типа, конструкции и технологии нанесения защитных покрытий. С учетом этого целью проводимых исследований является разработка опытных технологий предварительного обезгаживания узлов и деталей КА, имеющих в составе неметаллические материалы и работающих в открытом космосе, а также методов нанесения защитных покрытий на поверхности неметаллических материалов, снижающих влияние ФКП и являющихся барьером для процесса газовыделения.

Технологии повышения надежности и радиационной стойкости элементной базы полупроводниковой электроники и полупроводниковых устройств для систем термостабилизации и энергообеспечения космических аппаратов

Термостабилизация различных систем и компонентов современного космического аппарата является необходимым условием их оптимального и надежного функционирования. Из-за того, что традиционные пассивные системы уже не могут обеспечить требуемых температурных режимов, в последнее время наблюдается рост интереса к применению в космосе термоэлектрических систем термостабилизации, которые могут работать в необслуживаемом режиме в течение длительного срока эксплуатации, просты в управлении и хорошо зарекомендовали себя в различных областях наземного применения. В 2018 году запланирован запуск международной орбитальной астрофизической обсерватории с детекторами рентгеновского излучения, охлаждаемыми с помощью термоэлектрических модулей. Применением термоэлектрических преобразователей в космосе являются термоэлектрические генераторы, которым в настоящее время практически нет альтернативы при освоении дальнего космоса. Ограничивающим фактором развития термоэлектрических полупроводниковых устройств (ТПУ) является относительная низкая эффективность применяемых в настоящее время термоэлектрических материалов. В настоящее время проводится множество исследований по получению в лабораториях новых термоэлектрических материалов с большей (в два раза) эффективностью по сравнению с существующими промышленно выпускаемыми материалами, в том числе и за счет применения нанотехнологий. Целью работ по данному направлению является разработка методов и средств обеспечения надежности термоэлектрических полупроводниковых устройств сверхдлительной эксплуатации для систем термостабилизации и энергообеспечения космических аппаратов нового поколения.

Динамика и управление большими орбитальными структурами и тросовыми системами - Dynamics and Control of Large Space Structures and Tethers

Орбитальные тросовые системы (ТС) являются новыми нетрадиционными космическими структурами, позволяющими выполнять задачи, которые невозможно, нецелесообразно или неэкономично решать с помощью существующих средств космической техники. К числу задач, определяющих перспективные направления использования космических ТС можно отнести: вывод космических объектов на орбиту и спуск с орбиты на Землю; выполнение межорбитальных переходов; сближение в космосе и транспортное обслуживание космических объектов; зондирование верхних слоев атмосферы и геодезические исследования на высотах, недоступных другим типам летательных аппаратов (ЛА); создание искусственной тяжести в космосе и микрогравитации; испытание и отработка ЛА, движущихся по баллистическим траекториям; маневрирование ЛА на баллистической траектории без включения двигательной установки; обеспечение глобальной радиосвязи и получение электроэнергии в космосе; повышение безопасности космических полетов и др. Значительную часть исследования предполагается посвятить разработке новых методов оптимизации орбитального маневрирования в интересах решения различных целевых задач, связанных с инспекцией (облетом) космических аппаратов, прогнозированием опасных сближений космических аппаратов с элементами космического мусора, выполнением различных динамических операций на орбитах, включая применение тросовых орбитальных систем и операций по уводу элементов космического мусора.