Космические проекты Консорциума Космическая регата г. Королёв

Космические проекты Консорциума Космическая регата г. Королёв
I. Программа космических экспериментов "Знамя"

1. Демонстрационный космический эксперимент "Знамя-2"



Демонстрационный космический эксперимент "Знамя-2", осуществленный 4 февраля 1993 года, стал первым по развертыванию модели солнечного паруса. Большая 20-метровая тонкопленочная конструкция была успешно развернута за счет центробежных сил на борту грузового космического корабля "Прогресс М-15".

Основными задачами эксперимента являлись:

• Проверка концепции всей системы,
• Проверка устойчивости с определением основных характеристик конструкции,
• Управление большой гибкой конструкцией в космических условиях,
• Проведение эксперимента"Новый свет" по освещению ночной стороны Земли.

Для выполнения этой сложной комплексной задачи:

• Использовались уникальные возможности ОК "Мир", включая присутствие космонавтов, наличие линий связи и телеметрии, наземной и космической сети управления и т.п.,
• Агрегат развертывания отражателя установили в переходном тоннеле, ведущем в грузовой корабль "Прогресс",
• Максимально использовали существующее оборудование и проверенные в космическом полете прототипы,
• Использовались уникальные возможности грузового корабля "Прогресс" со всеми его системами (энергетики, управления, связи и т.п.), имеющимися в наличии после выполнения основной задачи (доставки груза на станцию).
• Применили опыт в проведении комплексных космических экспериментов.

Агрегат развертывания отражателя – АРО включал в себя вращающийся барабан с восьмью катушками, на которые наматывалась пленка, разделенная на 8 секторов. В состав АРО также входили привод вращения отражателя и два дополнительных привода для разворотов отражателя с целью проверки его устойчивости. Экипаж ОК "Мир" (Г.Манаков и А.Полищук) установил АРО на место стыковочного механизма корабля, подключил его к системе управления, предварительно его проверив.

Следующие операции выполнялись после расстыковки "Прогресса":

• Маневры для формирования траектории движения относительно ОК Мир,
• Развертывание тонкопленочной конструкции,
• Проверка устойчивости вращающего гибкого отражателя,
• Ориентация корабля с отражателем, проведение эксперимента "Новый Свет",
• Отстрел отражателя после окончания эксперимента.

Мониторинг эксперимента "Знамя-2" проводился системой телеизмерений, а также выполнялся космонавтами с помощью бортовой фото- и видеоаппаратуры. Все экспериментальные данные подтвердили правильность технических решений, заложенных в систему.

Освещение из космоса, выполненное впервые в мировой практике, осуществили в предрассветные часы над Западной Европой. Световое пятно, отраженное рефлектором, размером около 5 километров скользило по Земле со скоростью около 8 км/сек от районов южной Франции через Чехословакию, Германию, Польшу и растворилось в лучах восходящего солнца над Белоруссией. В то утро погода не благоприятствовала эксперименту, Европа оказалась покрытой почти сплошной облачностью. Тем не менее, многие люди из разных районов сообщили о вспышке света из космоса. Метеорологи из альпийской станции в Германии также прислали сообщение, хотя уровень освещенности оказался лишь на уровне одной полной луны (лунетты). Два витка спустя, после того как эксперимент был по существу закончен, отстреленный отражатель хорошо наблюдался над Канадой, где стояла ясная погода. На канадское телевидение пришло очень много сообщений, очевидцы даже присылали любительские фотографии.

Средства массовой информации широко освещали эксперимент в феврале 1993 года. Позднее видеоклипы демонстрировались многими телевизионными компаниями во всем мире. В целом эксперимент Знамя-2 оказался очень успешным, он продемонстрировал реальность и возможности новой космической техники.

2. Промежуточный космический эксперимент "Знамя-2,5"



Знамя-2,5 явился промежуточным этапом научной программы. Так же как эксперимент "Знамя-2", он проводился на базе ОК "Мир", отражатель устанавливался на корабле "Прогресс М-40".

Основные задачи эксперимента:

• Проверка модификаций пленочной конструкции, улучшающих плоскостность отражателя и его оптические характеристики.
• Проверка оборудования, необходимого для эксперимента по подсветке («Новый свет»).
• Управление ориентацией посредством ручного режима управления.
• Проведение комплексных проверок системы управления, оборудования и пленочной конструкции в целом.

Запуск состоялся на грузовом корабле "Прогресс М-40" 26 октября 1998 года. Развертывание самого отражателя состоялось 4 февраля 1999 г. сразу после расстыковки корабля. Запланированная продолжительность эксперимента – 24 часа. За это время ОС "Мир" и ТГК "Прогресс М" должны были совершить 16 оборотов вокруг Земли и облететь все ее континенты. Эксперимент был досрочно прекращен из-за ошибки в автоматической программе управления кораблем, поэтому команда на открытие антенны не была блокирована. В результате, полотнище отражателя зацепилось за открытую антенну..

Основные характеристики эксперимента:

• Диаметр рефлектора – 25 метром.
• Диаметр светового пятна на Земле – приблизительно 6-8 километров.
• Яркость космического освещения около 2-5 лунетт (полных лун).

Финансирование эксперимента осуществлялось через Консорциум "Космическая Регата". РКК "Энергия" несла наибольшие затраты по разработке, изготовлению и испытанию оборудования, выведению рефлектора на орбиту и проведению эксперимента.



Результаты проведения эксперимента Хотя главная задача по подсветке заданных областей земной поверхности не была выполнена, в полете грузового корабля «Прогресс М-40» получены ценные результаты, которые могут быть использованы в дальнейшей программе экспериментов «Знамя» и в других проектах.

На начальном этапе эксперимента «Знамя-2.5» после расстыковки была построена траектория облета грузового корабля вокруг станции «МИР» в соответствии с отработанной баллистической схемой, которая была предварительно проверена в полете после отстыковки корабля "Прогресс" в октябре 1998 г.; а также осуществлено управление кораблем и станцией в автоматическом режиме и с участием экипажа.

В настоящее время сохранился комплект АРО, который может быть использован для повторения эксперимента.

3. Эксперимент "Знамя-3" – новый принципиальный этап



"Знамя-3" является принципиальным этапом всей экспериментальной программы. По-прежнему он базируется на возможностях грузового корабля "Прогресс", но требует его значительной модернизации. В конструкцию грузового отсека корабля необходимо встроить рефлектор существенно большего размера (60-70 метров). Дополнительно необходимо разработать и внедрить на борт новый принцип и аппаратуру управления ориентацией корабля. Это даст возможность ориентировать корабль с гораздо большим моментом инерции без расходования топлива реактивных двигателей.

Основной целью эксперимента является проверка в полете новой концепции построения системы. Специалисты "Консорциума "Космическая Регата" также работают над созданием цельного (не разделенного на секторы) отражателя.

Сроки: Планируется, что эксперимент будет готов к полету к 2008 году и выполнен в рамках прикладной научной программы МКС – Международной космической станции.

II. Солнечный парусный корабль



Солнечный парусный корабль (СПК) будет представлять собой космический аппарат, готовый к полетам в пределах солнечной системы под давлением солнечного света без затрат топлива. Первый СПК был концептуально разработали в рамках проекта "Колумб-500".

СПК должен иметь 200-метровый рефлектор и быть достаточно легким (масса не более 500 кг). Для управления ориентацией будет использоваться принцип спаренного гироскопа.

Гироскопические силы генерируются при небольших угловых поворотах двух вращающихся в разные стороны пленочных рефлекторах, основного и дополнительного. Принятая концепция в целом позволит солнечному кораблю выполнять все необходимые маневры (вращательные и поступательные) без затрат реактивного топлива.

Этот солнечный корабль может стать также основным компонентом будущей системы освещения Земли из космоса. В конце-концов он отправится к другим планетам солнечной системы под парусом. Без сомнения, технология больших тонкопленочных конструкций также найдет применение в космосе для решения других задач, например, в качестве энергетических платформ, пассивных отражателей, экспериментов типа «щит», защиты от легких метеоритов.

Стоимость создания СПК основывается на тех же оценках, которые использовались по системе космического освещения. Более того, СПК может стать побочным результатом создания этой системы.

Сроки. Демонстрационный полет первого полномасштабного солнечного корабля СПК может состояться в 2012 – 2015 году. Естественно, для выполнения этой задачи необходимы средства и концентрация специалистов высокой квалификации, а также «космических» держав, России, США, Европы, а также Японии и, возможно, Китая.

III. Освещение из космоса –"Третье светило"



Свет из космоса: Эту программу предложили еще в рамках проекта Колумбус-500, когда обнаружили, что солнечный парус – это почти идеальный рефлектор.
Намного раньше идею использовать космические зеркала для освещения Земли выдвинули корифеи космонавтики Ф.Цандер и Г.Оберт. К.Эрике блестяще разработал этот принцип в своих трудах.

Систему космического освещения можно сконфигурировать, используя солнечный корабль в качестве основного компонента. Система будет состоять из нескольких группировок космических рефлекторов. Каждая группировка может обслуживать целый ряд больших и средних городов. Особенно эффективным представляется использовать рефлекторы для освещения заполярных и субполярных районов в зимний период полярных ночей. Эта система может оказаться незаменимой при ликвидации последствий катастроф, стихийных бедствий или наводнений.

Следующие основные параметры представляются в настоящее время подходящим для ближайшего будущего:

• Диаметр рефлектора 200 м,
• Высота круговой орбиты 1.5 – 4.5 км,
• Диаметр светового пятна 15-45 км,
• Яркость отраженного света 10-100 лунетт,
• Число отражателей в экспериментальной группировке – 12,
• Группировка может в среднем освещать 5 городов.

Оценка сроков создания (предварительная):

• повторение эксперимента "Знамя-2.5" - 2006,
• "Знамя-3" – 2008,
• солнечный корабль: разработка, отработка и испытания – 2010,
• экспериментальная группа рефлекторов (12) - 2012-2015.

Оценка окупаемости. Предварительные оценки, основанные на сокращении расходов по освещению больших городов, показывают, что вводимая в эксплуатацию система космического освещения может окупиться в течение 3-5 лет. Расходы могут также покрываться за счет использования системы для оказания помощи при стихийных бедствиях и катастрофах.

IV. Спаренный гироскоп

Одной из самых принципиальных проблем при создании крупногабаритных космических конструкций, в том числе СПК, является управление их ориентацией.При разработке конструкции СПК предложили и использовали так называемый спаренный гироскоп, который состоит из двух, вращающихся в разные стороны, пленочных отражателей, соединенных между собой двухстепенным кардановым шарниром с управляемым приводом. Управление ориентацией космического аппарата осуществляется за счет изменения кинетического момента при изломе оси вращения отражателей.

Для отработки нового принципа управления ориентацией СПК наряду с математическим моделированием ККР совместно с НПЦ "Полюс" (г. Томск) подготовлен проект масштабной модели спаренного гироскопа. Лабораторная отработка физической модели с устройством обезвешивания планируется как в наземных условиях, так и в космосе в условиях невесомости. После проведения отработки на модели намечено проведение комплексного космического эксперимента в составе "Знамя-3".

V. Электродинамическая тросовая система (ЭДТС)
В 1999 г. совместно с Космическим фондом Space Frontier Foundation и фирмой Тether Аpplications ККР разработал электродинамическую тросовую систему (ЭДТС) для поддержания орбиты ОК "Мир".
ЭДТС - нетрадиционный метод поддержания и подъема высоты орбиты станции. С помощью электродинамического троса можно было поддерживать орбиту без расхода топлива. Проект создавался с использованием опыта развернутых ранее в космосе тросовых систем TSS-1, 2 и SEDS-1, 2, разработанных фирмой Тether Аpplications.

Принцип действия ЭДТС основан на взаимодействии электромагнитного поля Земли с электропроводящим тросом с током, движущимся в электропроводящей плазме.

На ОК "Мир" планировалось развернуть токопроводящий трос длиной около 8 км. На конце троса в качестве противовеса закреплялась СПК (система перемещения космонавтов), отработавшая свой срок. В магнитном поле Земли в тросе возникает разность потенциалов, на высоте полета ОК "Мир" оцениваемая в 140 В на каждый километр. При замыкании электрической цепи через плазму, в тросе возникает электрический ток. С этой целью на одном конце троса помещался коллектор, на другом эмиттер электронов. При взаимодействии тока с тросом с магнитным полем Земли в генераторном режиме возникает сила, действующая на торможении. При приложении электрического напряжения от внешнего источника (двигательный режим) силу, действующую на разгон, можно использовать для подъема орбиты станции.
При работе ЭДТС топливо станции расходуется только на поддержание ориентации.

Также был разработан проект автономного космического эксперимента с электродинамической тросовой системой на грузовом космическом корабле "Прогресс М1". Эксперимент предполагается проводить в рамках научной программы МКС.

Электродинамический тросовый эксперимент имеет большое научно-техническое значение. Наряду с изучением фундаментальных физических явлений в космическом пространстве эксперимент с ЭДТС позволит решить множество прикладных задач.
  I. Многоместный корабль-спасатель

Основная идея многоместного корабля-спасателя заключается в создании (с целью увеличения числа членов экипажа) конфигурации, включающей 2-3 спускаемых аппаратов корабля "Союз". Корабль-спасатель помещается в отсеке полезного груза многоразового корабля Спейс Шаттл и таким образом выводится на орбиту и может спускаться на Землю.

Корабль можно использовать как в автономном полете корабля, так и при полете в составе МКС. В последнем случае он пристыковывается к одному из причалов станции при помощи манипулятора.
Масса корабля-спасателя оценивается в 10-12 тонн, экипаж - до 9 человек.

Учитывая более простые функции корабля по сравнению с основным вариантом "Союза", масса корабля-спасателя может быть в дальнейшем уменьшена.

II. Многоразовый космический корабль

Предложена новая концепция многоразового космического корабля, получившего название гибридный, сочетающего в себе особенности и преимущества космических кораблей двух основных типов: капсульного и крылатого. Основная идея состоит в том, что крылья корабля выполнены складывающимися и при спуске в атмосфере защищены лобовым экраном, а после его сброса они разворачиваются для посадки на взлетно-посадочную полосу.

В настоящее время в консорциуме "Космическая регата" разрабатывается техническое предложение на корабль гибридного типа.

Рассматриваются различные варианты корабля: массой 7, 12 и 20 тонн с экипажем от 2 до 8 человек. В ближайшее время будут опубликованы более детальные материалы. Автоматизация металлургических процессов

Наряду с космической техникой консорциум "Космическая регата" проводит работы по разработке элементов автоматизации горнодобывающего и металлургического производства.

Для Медного завода ГМК "Норильского никеля" Консорциумом разработана конструкция и система управления автоматизированной фурмы - многофункционального агрегата, предназначенного для подачи газовоздушной смеси и природного газа в медный расплав при различных режимах работы. Система в целом включает комплект фурм и автоматизированное управление на основе микропроцессорной вычислительной техники и РС.

(c) www.old.space-regatta.ru

Показать Скрыть карту