Выбор языка |
Главная О КНТС Новости Программы Направления исследований Эксперименты Результаты Информационные ресурсы Приём заявок
Шифр эксперимента: Трос-МГТУ
Направление НПИ: 6. Образование и популяризация космических исследований
Секция КНТС: 10. Космическое образование
Наименование эксперимента: Развертывание космической тросовой связки (ТКС)
Цель эксперимента:

• Освоение и практическая отработка технологии развертывания и разделения тросовых связок в космосе, а также исследование динамики развернутой на околоземной орбите связки;

• Получение студентами и аспирантами МГТУ им. Н.Э. Баумана практических навыков в разработке оборудования, подготовке и проведении космического эксперимента с тросовой связкой, использование результатов КЭ в учебном процессе при подготовке специалистов в области ракетно-космической техники.

Описание эксперимента:

Эксперимент направлен на освоение технологии космических тросовых систем (КТС). Целесообразность применения тросовых связок для решения ряда задач в космосе, прежде всего на орбитальных станциях, широко известна.

Освоение технологии применения КТС можно разделить на ряд отдельных этапов:

- развертывание КТС с последующей вертикализацией или переходом в режим либрации;

- разделение концевых объектов;

- свертывание КТС, изменение длины троса;

- управление внутренней динамикой КТС, демпфирование колебаний связки относительно центра масс;

- исследования, создание и применение электродинамических тросовых систем (ЭДТС);

- создание тросовых стыковочных узлов, отработка операций стыковки для случая, когда движение одного из объектов некеплерово.

Предлагаемый научно-образовательный КЭ направлен на отработку первых двух этапов из вышеперечисленных.

В ходе КЭ планируется осуществить на околоземной орбите неуправляемое развертывание тросовой связки длиной 5 км.

Краткая история и состояние исследований в настоящее время

К настоящему времени в мире осуществлено около 30 тросовых экспериментов в космосе, большинство – в США или с участием США. Часть из них оказались успешными. В целом, на Западе накоплен значительный практический опыт в данной области, в том числе положительный. Идея использования космических тросовых связок сформулирована К.Э. Циолковским еще в 1895г. В СССР в 1960-е годы работы по созданию тросовых систем велись под руководством С.П. Королева. Новый этап акти-визации деятельности в этом направлении произошел в 1980 – 90-е годы. В РКК «Энергия» разработан ряд проектов тросовых экспериментов с использованием ОС «Мир» и транспортного грузового корабля (ТГК) «Прогресс». К настоящему времени создан обширный научный задел в этой области, имеются макетные образцы оборудования для развертывания КТС. Тем не менее, до 2007 года в нашей стране не был осуществлен ни один тросовый эксперимент.

В сентябре 2007г. со спутника «Фотон-М3» выполнена попытка развертывания тросовой связки с баллистической капсулой «Фотино», которую предполагалось отделить от троса в режиме либрации и возвратить на Землю (проект YES2). Эксперимент закончился неудачей – капсула была потеряна. Тросовый модуль «FLOYD», установленный на спутнике «Фотон-М3», разрабатывался и создавался европейскими инженерами и студентами. Таким образом, задача создания оборудования и проведения тросового эксперимента в России не решена.

В данном эксперименте решаются следующие задачи:

В соответствии с ТЗ на КЭ, решаются следующие задачи:

1. Создание и интеграция тросового модуля (ТМ) на ТГК «Прогресс»;

2. Развертывание КТС на ТГК «Прогресс» на околокруговой орбите высотой 400-250 км;

3. Осуществление автономного полета ТГК с развернутой КТС;

4. Регистрация показаний датчиков тросового модуля в ходе развертывания КТС и ее орбитального полета с передачей информации на Землю при нахождении ТГК в зоне радиовидимости;

5. Трансляция с борта ТГК «Прогресс» процесса развертывания связки и ее орбитального полета на Землю при нахождении ТГК в зоне радиовидимости и на освещенном участке орбиты, а также на МКС при наличии технической возможности;

6. Разделение КТС.

В соответствии с Заявкой на КЭ в ходе КЭ планируется осуществить следующие задачи:

- освоение и практическая проверка технологии неуправляемого развертывания тросовой связки в космосе;

- исследование динамики развернутой на околоземной орбите КТС;

- отработка разделения тросовой связки.

Эксперимент по развёртыванию тросовой системы в космосе в нашей стране и нашим постановщиком КЭ проводится впервые. С участием российских специалистов и на российском КА «Фотон-М» в 2007 г.ESA был проведен тросовый эксперимент “YES2” (ESA).

Выполнение КЭ «Трос - МГТУ» проще по сравнению с КЭ «YES2», так как развёртывание ТС проводится в неуправляемом режиме.

Новизна эксперимента:

 

Научная аппаратура:

В состав тросового модуля входят:

- безинерционная (невращающаяся) катушка с тросом;

- блок управления;

- датчики: скорости выпуска (счетчик витков) и натяжения троса;

- блок пружинных толкателей;

- арретирующий механизм;

- нож для отрезки троса;

- корпус тросового модуля;

- отводимое концевое тело (определяется на этапе эскизного проекта);

- соединительный кабель (кабели) для электрической и информационной связи тросового модуля с бортом ТГК.

 Габаритные размеры тросового модуля определяются с учетом возможности его размещения в рабочем положении на ТГК Изменением компоновки ТМ можно варьировать его габариты (длинахдиаметр) от 150х300 мм до 350х200 мм. 

Ожидаемые результаты:

При подготовке КЭ будет создано:

- оборудование для развертывания КТС (тросовый модуль);

- наземный стенд для моделирования процесса развертывания и намотки нити на катушку;

- необходимое программно-методическое обеспечение для компьютерного моделирования КЭ;

- программное обеспечение для блока управления ТМ. В результате выполнения научно-образовательного КЭ по развертыванию тросовой связки следует ожидать следующих результатов:

- проверки теоретических разработок и математических моделей, положенных в основу конструкции тросового модуля; – получения данных о динамике орбитального полета развернутой КТС;

- достижения демонстрационного и образовательного эффектов: наглядного подтверждения свойств тросовой связки на околоземной орбите и возможности использования КТС для выполнения ряда операций в космическом пространстве.

Образовательная составляющая КЭ «Трос-МГТУ» заключается в следующем:

- демонстрации законов движения материальной точки в неинерциальной (орбитальной) системе координат в процессе развертывания связки и при ее разделении;

- демонстрации наличия гравитационного градиента и устойчивости равновесия объекта, протяженного вдоль местной вертикали;

- получении данных о маятниковых колебаниях КТС, что дает нагляд-ную информацию о величине градиента гравитации.

Экспериментальное определение частот собственных маятниковых колебаний протяженного объекта в плоскости и по нормали к плоскости орбиты, анализ действия на КТС возмущающих факторов космического полета (гармоник геопотенциала, пересечения линии терминатора, атмосферы) представляют значительный научный и образовательный интерес.

Результаты, полученные в ходе КЭ «Трос-МГТУ», будут иметь большое учебно-методическое значение:

- студенты и аспиранты МГТУ им.Н.Э.Баумана, другие участники эксперимента, получат практические навыки в разработке оборудования, подготовке и проведении космического тросового эксперимента;

- результаты КЭ будут использованы для совершенствования учебного процесса по подготовке специалистов в области ракетно-космической техники, включая создание лабораторного практикума и выпуск учебных пособий по вопросам проектирования космических тросовых систем. Собранная в ходе КЭ информация, созданное оборудование, научно-технический задел, найдут применение при создании КТС, которые могут разворачиваться в неуправляемом режиме.

К числу таких КТС относятся:

- КТС для удаления с орбитальных станций использованных материалов, аппаратуры, отходов и т.д., использующие одноразовый трос;

- КТС для выполнения орбитальных маневров, например запуска малых КА с борта основного;

- тросовые связки в виде гирлянд разного рода датчиков, зондов с целью выполнения синхронных измерений в ряде точек пространства;

- КТС, выполняющие функцию протяженных антенн. Разработку и создание ТМ для неуправляемого развертывания КТС необходимо рассматривать в качестве промежуточного этапа в ходе работ по освоению технологии космических тросовых систем. В случае управляемого развертывания связки, круг решаемых задач расширяется. К настоящему времени область применения тросов на орбитальных станциях (ОС) и других КА достаточно исследована.

Перечень основных способов использования КТС.

1. Поддержание орбиты ОС путем отведения на тросе КА или неиспользуемых масс. Отводимая на тросе масса может быть переведена на траекторию входа в атмосферу, чем решается задача утилизации. Одновременно орбита станции повышается. Установлено, что орбита ОС «Мир» могла бы поддерживаться без затрат рабочего тела, при отведении от нее кораблей «Прогресс» и «Союз» на тросе.

2. Применение КТС для выполнения орбитальных маневров, возвращение на Землю баллистических капсул с помощью троса. Этим решается задача организации грузопотока «ОС – Земля» без использования пилотируемых или автоматических грузовых кораблей.

3. Развертывание на тросе с основного КА датчиков, зондов, протяженных антенн.

4. Оснащение ОС стыковочными узлами на тросе для повышения безопасности операций стыковки и эксплуатации ОС в целом, снижения расходов по доставке грузов.

5. ЭДТС на КА должны найти применение как инструмент исследования физики плазмы и как средство получения тяги или электроэнергии.

Среди задач в околоземном пространстве, которые могут эффективно решаться К А с использованием технологии КТС, укажем также следующие:

- инспекция спутников, стыковка с вышедшими из строя (некооперируемыми) КА для последующей транспортировки к месту ремонта на околоземной орбите или утилизации;

- очистка низких орбит от космического мусора.

Полученные результаты:

 

Сроки проведения: Планируемый срок проведения КЭ 2016 г.
Состояние эксперимента: Готовится
Организация постановщик: НИИ СМ МГТУ - Московский государственный технический уни-верситет им. Н.Э. Баумана в лице Научно-исследовательского института Специального машиностроения (НИИ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Организации участники: РКК «Энергия» им. С.П. Королева
Научный руководитель: Усюкин В. И., МГТУ им. Н.Э. Баумана, д.т.н., профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ
Публикации по эксперименту:

Список публикаций в процессе редактирования.

Последнее обновление: 16.11.2017

Информационная справка

Программы

Изображения