Научно-техническое обоснование КЭ
«Развертывание и исследование трансформируемой конструкции преобразуемого объема и использование ее в качестве
выдвижной штанги для полезной нагрузки».
шифр: «КПО - Штанга»
1. Сущность исследуемой проблемы. Краткая история и состояние вопроса
Конструкции оболочечного типа являются основным элементом аппаратов космической техники, однако диапазон их применения существенно ограничен противоречием между требуемыми габаритами выводимого на орбиту объекта и возможностями ракеты-носителя. Одним из наиболее удачных путей решения данной проблемы может служить использование преобразуемых оболочечных конструкций, способных многократно изменять свою длину при сохранении неизменного диаметра.
В мировой космической технике класс преобразуемых конструкций развивался по пути создания надувных либо складывающихся оболочек, главным недостатком которых может считаться отсутствие достаточной жесткости прошедшего трансформацию объекта. ИЭС им. Е.О Патона обладает опытом разработки и внедрения широкого спектра КПО различных форм и назначения с жесткой оболочкой, возможность использования которых в условиях открытого космоса может быть подтверждена экспериментальным путем.
2. Необходимость проведения КЭ в условиях космического пространства в составе РС МКС
МКС представляет собой сложную пространственно-разветвленную конструкцию, модули которой покрыты ЭВТИ (экранно-вакуумной тепловой изоляцией). Под влиянием факторов космического пространства, и, в первую очередь, вакуума и солнечной радиации, происходит десорбция с поверхности ЭВТИ различных элементов. В связи с этим вакуум на поверхности станции снижается по сравнению с вакуумом космического пространства соответствующей орбиты (250-450 км над поверхностью Земли) на несколько порядков (от 10-7÷10-8 до 10-2÷10-3 мм рт. ст.). Для обеспечения нормальной работы НА необходимо ее вынос от поверхности станции. КПО обеспечивает удаление от поверхности ПКК, являясь при этом относительно простым узлом с достаточной жесткостью, обладающим легкостью монтажа и раскрытия и надежностью в эксплуатации.
3. Описание КЭ (порядок проведения, принципиальные требования к условиям проведения КЭ, определяющие качество получаемой научной информации, технические особенности НА)
Оборудование по КЭ «КПО-Штанга» будет доставлено на РС МКС ТГК «Прогресс-М».
Установка НА КЭ «КПО-Штанга» реализуется в течении одного сеанса ВнеКД.
КЭ необходимо производить на освещенной стороне орбиты.
Последовательность операций выполняемых космонавтами при реализации сеанса эксперимента:
подготовка НА;
вынос оборудования на внешнюю поверхности РС МКС;
монтаж и подключение блока КПО;
монтаж и подключение блока СТЗ
возвращение экипажа на борт РС МКС;
приведение в действие системы наддува;
регистрация процесса развертывания конструкции с помощью СТЗ.
Экспозиция моноблока предусматривается в течение 2-х лет.
По окончанию экспедиции, на Землю должны быть доставлены носители видеоинформации по эксперименту.
4. Новизна, оценка качественного уровня по сравнению с аналогичными отечественными и зарубежными исследованиями
КПО является оригинальной разработкой ИЭС им. Е.О.Патона и не имеет близких аналогов. Возможность доставки на орбиту в сложенном виде значительно упрощает задачу транспортировки. Используемая технология формирования исходных гофрированных дисков позволяет изготавливать оболочечные конструкции из широко распространенных материалов и получать после трансформации качественные герметичные изделия.
5. Ожидаемые результаты и их предполагаемое использование
В ходе реализации КЭ «КПО-Штанга» будет изучена возможность раскрытия и работы КПО в условиях открытого космоса с учетом воздействия на нее факторов космического пространства в процессе длительного орбитального полета.
Результаты предполагается использовать при создании трансформируемых крупногабаритных оболочечных конструкций для строительства долговременных лунных баз (ДЛБ), а также корпусных конструкций орбитальных модулей.
6. Обоснование технической возможности создания НА с заданными характеристиками
При изготовлении аппаратуры для проведения КЭ «КПО-Штанга» будут использоваться доступные материалы и комплектующие.
Материал конструкции - сталь нержавеющая 12Х18Н10Т. В развернутом состоянии КПО представляет собой оболочку периодического профиля диаметром 400 мм и длиной 5000 50 мм.
Толщина стенки оболочки ориентировочно =0,1÷0,15 мм.
ИЭС им. Е.О.Патона, опираясь на опыт и оригинальные идеи украинских ученых в области космических исследований, имеет всю техническую, технологическую и кадровую инфраструктуру для создания аппаратуры с заданными характеристиками.
Масса НА ориентировочно составляет 52 кг.
Разработка и изготовление НА для проведения КЭ
«КПО-Штанга» не является большой технической проблемой.
7. Характеристики рисков и дискомфорта для экипажа, связанных с КЭ
Аппаратура для проведения КЭ «КПО-Штанга» будет разрабатываться и изготавливаться таким образом, чтобы работа с ней не представляла трудности и опасности для экипажа и оборудования РС МКС на всех этапах: транспортировки, разгрузки, хранения и выполнения сеансов КЭ.
НА не будет содержать токсичные, пожароопасные и радиоактивные вещества.
Монтаж НА и подключение ее к системе бортового электропитания не требует специальных инструментов и приспособлений. Запись видеоинформации по сеансам эксперимента на носители информации предполагается проводить с использованием штатного оборудования, функционирующего на борту РС МКС. Передача видеоинформации с борта РС МКС в ЦУП-М будет проводиться с помощью бортовой телевизионной системы передачи изображений.
При проведении КЭ не потребуются подключения блоков к контуру системы терморегулирования и к системе вакуумирования и газораспределения РС МКС.
Не предполагается проведения специального технического обслуживания оборудования в период хранения на РС МКС.
Анализ конструкции и схема проведения сеанса эксперимента на РС МКС показывает, что при штатной эксплуатации будет обеспечена высокая степень безопасности экипажа и оборудования МКС.
От Российской стороны От Украинской стороны
Заместитель генерального конструктора РКК «Энергия»
А.Г. Чернявский
|
|
Заместитель директора Института электросварки им. Е.О. Патона НАНУ,
академик НАН Украины
Л.М. Лобанов
|
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патон Б.Е., Балицкий В.М., Бернадский В.Н. и др. О применении сварных преобразуемых конструкций для космических систем и сооружений // Получение и поведение материалов в космосе. - М.: Наука, 1978. - с.29-36.
2. Самилов В.Н., Гончар О.Ю., Бурменко Э.Ю. и др. Разработка преобразуемой конструкции шлюзового отсека и технология его изготовления // Проблемы космической технологии металлов. - Киев: Ин-т электросварки им. Е.О.Патона НАН Украины, 1986. - с.67-70.
3. Патон Б.Е., Лапчинский В.Ф. Конструкции, изготавливаемые на Земле и разворачиваемые в космосе // Сварка и родственные технологии в космосе. - Киев: Наукова думка, 1998. - с.138-150.
4. Патон Б.Е., Самилов В.Н., Пилишенко И.С. и др. Преобразуемые цельносварные металлические конструкции // Космос: технологии, материаловедение, конструкции. - Киев: ИЭС им. Е.О.Патона НАН Украины, 2000. - с.428-433.
5. Патон Б.Е., Лобанов Л.М., Самилов В.Н. и др. Расчет и особенности технологии изготовления крупногабаритной сварной конструкции преобразуемого объема // Автоматическая сварка. - Киев: ИЭС им. Е.О.Патона НАН Украины, 2006. - с.3-12. |
