Сформульовано принципи, розроблено методологію фізичного моделювання радіаційної електризації космічних апаратів в іоносфері та магнітосфері. Показано, що реєстровані циклограми та імпульси високовольтних розрядів несуть повну інформацію про електрофізичні властивості матеріалів. Виявлено, що ефективність плазмової нейтралізації електрорадіаційного впливу залежить від концентрації низькотемпературної плазми та структури опромінюваної поверхні.

Запроваджено математичну модель системи терморегулювання космічного апарата на базі низькотемпературних теплових труб із алюмінію з відкритою структурою з канавками.

Обгрунтовано принципову схему багатокаскадного відцентрового вакуумного дистилятора, призначеного для регенерації води з урини на борту космічного пілотованого апарата. Подано результати випробувань п'ятикаскадного дистилятора, що переважає за сукупністю експлуатаційних характеристик існуючі зразки.

Подається опис розробленої системи активного плазмового захисту космічних апаратів від радіаційного впливу навколишнього середовища на геостаціонарних, високоеліптичних та високоширотних орбітах.

Ключ. слова: космічний корабель, оптичні характеристики, ступінь чорноти, температура теплостійкості, температура термостійкості
Індекс рубрикатора НБУВ: О663.112

Рубрики:

Пристрої обігрівання і охолодження кабін

Шифр НБУВ: Ж28852/Фіз Пошук видання у каталогах НБУВ 

Представлено описание автоматизированной измерительной системы (АИС), предназначенной для исследования давления остаточного газа внутри моделей негерметичных отсеков космических аппаратов в вакуумной аэродинамической установке. Использование АИС позволило повысить точность измерений, существенно увеличить объемы получаемых экспериментальных данных, реализовать их математическую обработку и визуализацию в реальном масштабе времени, оперативно влиять на ход эксперимента и характер проводимых исследований.

Наведено результати досліджень різноманітних систем регенерації води з рідких відходів за умов обжитих космічних станцій. Показано переваги відцентрової вакуумної дистиляції з термоелектричним тепловим насосом.

Розроблено методологію фізичного моделювання радіаційної електризації підвітряних поверхонь елементів конструкції космічних апаратів авроральними електронами в процесі надзвукового обтікання їх іоносферною плазмою на низьких і середніх висотах. За результатами стендових, числових експериментів і натурних вимірювань визначено рівні заряджання, а також величини рівноважних потенціалів залежно від співвідношення концентрацій високоенергетичних електронів і позитивних іонів у близькому сліді за тілом та у незбуреній плазмі.

Запропоновано використання окремого питного водозабезпечення космічних місій середньої тривалості, оскільки до цього часу не вирішена проблема повноцінної регенерації питної води. Зазначено недоліки йодування та сріблення - технологій знезаражування та тривалого зберігання води в системах водопостачання на космічних кораблях і запропоновано альтернативну технологію - за допомогою кременю. Обгрунтовано джерела екологічно чистої та фізіологічно повноцінної питної води у зв'язку з необхідністю забезпечення нею космічних місій. Поставлено питання щодо вивчення принципової придатності води з позаземних джерел і засобів її адаптації для питних цілей.

В межах єдиної варіаційної проблеми розглянуті задачі оптимізації параметрів, вибору траєкторій польоту і оптимального керування рухом і роботою системи забезпечення життєдіяльності (СЗЖ) космічних апаратів, призначених для здійснення пілотованих міжпланетних експедицій. Досліджується ефективність активного скидання відходів СЗЖ за рахунок енергії реактивного струменя ракетних двигунів великої тяги у порівнянні з частковою регенерацією робочих речовин СЗЖ. Підтверджено принципову можливість здійснення перших пілотованих експедицій на Марс до розробки перспективних біорегенеративних СЗЖ.

Запропоновано у натурних дослідженнях нові концепції систем забезпечення теплового режиму на основі теплових труб постійного та змінного термічного опору, що працюють без витрат електроенергії космічного апарата та забезпечують суттєве зменшення діапазону зміни температури приладу та відсіків мікросупутників на температурному рівні 283 - 313 К і приймачів випромінювання на температурному рівні 233 К за змінних тепловиділення приладів, зовнішніх теплових навантажень космічного середовища та температури космічного апарата.

Регенерація водних відходів життєдіяльності екіпажу пілотованих космічних апаратів великою мірою визначає успіх тривалих місій до Місяця й Марса. Відцентрова вакуумна дистиляція (ВВД) визнана найперспективнішою технологією регенерації високомінералізованих вод (у тому числі урини) для пілотованих космічних систем. Викладено результати розробки й випробування системи регенерації води, що включає п'ятиступеневий вакуумний відцентровий дистилятор (ВД) і термоелектричний тепловий насос (ТЕБ), призначеної для одержання питної води з відходів життєдіяльності людини (сангігієнічної води, урини, поту, конденсату з повітря) на борту космічного корабля за умов тривалого польоту. Завдяки конструктивним особливостям, що забезпечують проведення випарно-конденсаційних процесів на обертових поверхнях з використанням відцентрових сил, апарат може функціонувати за умов нульової гравітації (невагомості). Вакуумування внутрішньої порожнини дистилятора дає можливість здійснювати теплообмінні процеси за температур, що унеможливлюють перегрів урини й випадання нерозчинних солей на теплообмінних поверхнях. За завданням компанії Honeywell International, Inc. (США) виготовлено три системи ВВД+ТЕБ. У результаті дослідження їх роботи на стенді НТУУ "КПІ" і на стенді замовника визначено характеристики комплексу залежно від частоти обертання ротора ВД, електричної потужності, підведеної до ТЕБ, ступеня концентрування вихідної рідини, установлено оптимальні параметри системи для роботи на борту космічного корабля. За результатами порівняльних випробувань

декількох систем для регенерації води різних компаній на стенді НАСА упродовж 2008 - 2009 рр. система ВВД+ТЕБ була визнана кращою з комплексу масогабаритних і енергетичних характеристик.

Проблема связана с разработкой методов спасения с помощью парашютных систем на больших высотах и при больших числах Маха, отделяемых от ракет-носителей модулей, для которых возможно повторное применение, что позволяет, в перспективе, получить существенный экономический эффект. Рассмотрены вопросы прочности парашюта, теплового воздействия на парашют, наполняемости купола парашюта, сопротивления и устойчивости на больших сверх- и гиперзвуковых скоростях. Рассмотрены некоторые специфические особенности обтекания парашюта на этих скоростях и обсуждены проблемные вопросы различного характера.

Предложен подход к физическому моделированию теплогидравлических процессов в системе терморегулирования космических аппаратов. Подход позволит моделировать процессы на экспериментальных установках, для которых в силу разветвленности, многоэлементности, особенностей протекания рабочих процессов затруднительно, а иногда и невозможно выдержать подобие прототипу. Подход включает несколько этапов: ранжирование процессов, явлений, элементов оборудования, проектирование экспериментальной установки с учетом результатов ранжирования, экспериментальные исследования, оценка адекватности математической модели, применение математической модели для анализа теплогидравлических процессов в прототипе. Применение подхода проиллюстрировано на примере решения задачи оценки работоспособности системы терморегулирования космического аппарата на базе двухфазного контура теплопереноса, расширения базы замыкающих соотношений по теплогидравлическим процессам и явлениям в условиях микрогравитации.

Наведено результати вирішення актуальних задач технічної теплофізики та промислової теплоенергетики, спрямованих на підвищення ефективності систем терморегулювання космічних апаратів шляхом використання теорії нечітких множин за формування глобального показника ефективності, а також єдиних концептуальних підходів до математичного та фізичного моделювання, бази замикальних співвідношень з інтенсивності теплопередачі та втрати тиску на тертя в двофазному потоці для умов мікрогравітації. На основі експериментальних і розрахункових досліджень теплогідравлічних процесів доведено працездатність та ефективність систем терморегулювання космічних апаратів на базі двофазних контурів теплопереносу за умов мікрогравітації. Запропоновано критеріальне рівняння для розрахунку інтенсивності теплообміну у разі конденсації за умов мікрогравітації. Виявлено, що для визначення втрат тиску на тертя в двофазному потоці для умов мікрогравітації доцільно використовувати кореляцію Тронієвського - Ульбріха.

Рассмотрена и обсуждена проблема спасения с помощью парашютной системы наиболее ценной составляющей ракеты-носителя - двигательного отсека с жидкостным реактивным двигателем с целью оценки возможности его многоразового использования. Приведены и обоснованы причины, заставляющие разработчиков проводить детальные исследования этой проблемы. Предложена концепция выбора воздушно-космической парашютной системы (ВКПС). Приведены некоторые результаты баллистических и других расчетов, выполненных в процессе поиска возможных вариантов решения проблемы. Выявлен ряд существенных факторов, которые могут оказаться возможными препятствиями на пути поиска решения проблемы. Предложены варианты конструкции ВКПС.

Рассмотрена и обсуждена проблема спасения с помощью парашютной системы двигательного отсека ракеты-носителя сго элементов ческой отки, выбор концепции и проблемные вопросы целью оценки возможности многоразового повторного использования его элементов. Выполнена постановка задачи по спасению отделяемых блоков при запусках ракетоносителей. Рассматривается способ решения задачи спасения ракетного блока от разрушения при снижении и его приземление с заданной скоростью. Рассмотрены особенности многокупольных парашютных систем, выявленные в экспериментальных (трубных) и летных исследованиях, на которые следует обратить внимание в процессе проектирования парашютной системы. Проанализирован опыт парашютостроения по применению парашютных систем из стеклотканевых и других высокотемпературных текстильных материалов. Рассмотрены особенности технологии производства высотной воздушно-космической парашютной системы из жаропрочных тканей.

Представлены результаты ресурсных испытаний тепловых труб с капиллярными структурами волокнистого строения. Трубы предназначены для систем охлаждения и термостатирования космической и авиационной аппаратуры. Ресурсные исследования, проведенные с 1975 г. по настоящее время, продемонстрировали, что тепловые трубы, разработанные в Институте проблем материаловедения Национальной академии наук Украины, являются высоконадёжными и долговечными теплопередающими устройствами.

Збільшення кількості пілотованих космічних подорожей зумовлює необхідність розроблення належного еколого-правового підгрунтя життєзабезпечення людини в космосі. Зазначена сфера правового регулювання є досить широкою та диверсифікованою у різних космічних державах, тому потребує дослідження з метою виокремлення перспективних напрямків рецепції кращого досвіду до національного законодавства України. Мета роботи - дослідження всіх етапів життєзабезпечення пілотованих космічних місій за законодавством деяких провідних учасників ринку космічних послуг, а саме: Російської Федерації, Республіки Казахстан, США та ЄКА, задля врахування цього правового підгрунтя під час розробки відповідної сфери правового регулювання в Україні. Для досягнення мети цього дослідження було використано положення про життєзабезпечення людини в космосі п'яти договорів з космосу, Угоди про Міжнародну космічну станцію, національних правових актів, технічних регламентів, керівництв тощо. Під час дослідження використовувались методи аналізу, синтезу, порівняння, структурування тощо. В результаті весь обсяг аналізованого правового масиву забезпечення життєдіяльності людини під час виконання пілотованих космічних місій було структуровано: відповідно до суб'єкта регулювання, - щодо вимог до осіб (медичних, санітарних тощо) та вимог, які ставляться до умов довкілля - щодо чинників космічного середовища (невагомість, радіація, освітлення тощо); відповідно до етапів космічних місій: на вимоги до підготовки, процесу виконання космічних місій та реабілітації після них. Було визначено спільні та відмінні риси таких вимог за екологічним та іншим законодавством Російської Федерації, Республіки Казахстан, США та ЄКА. Окреслено такі основні напрямки розвитку законодавства України у вказаній сфері: встановлення медичних, фізичних, психологічних та інших критеріїв відбору для набуття статусу космонавта/астронавта; визначення вимог до умов життєдіяльності та готовності до виконання завдань космічних місій; система реабілітаційних процедур після виконання пілотованої космічної місії.

Оцінка регенерації й чистоти відпрацьованої води належить до проблем, які необхідно розв'язати під час довгострокових польотів людини в космос. Найбільш перспективним методом одержання високоякісної води є імплементація вакуумної роторної дистиляції (VRD). Даний метод забезпечує високий ступінь концентрації залишку у порівнянні з іншими технологіями (зворотний осмос і випар на пористих мембранах). Також гарні результати відносно індексу споживання електроенергії надають методи багатокаскадної дистиляції (MVRD) і термоелектричного теплового насоса (THP). Висвітлено історію та еволюцію розробки VRD та THP, починаючи із трьохкаскадного MVRD, розробленого й випробуваного в Київському політехнічному інституті (КПІ). В 1999 р. компанія "Термодистилляция" (Україна) розробила 5-каскадний відцентровий дистилятор, який одержав назву каскадного дистилятора (CD). Наведено аналіз результатів MVRD з 3 каскадами й CD; розглянуто роботи різних авторів, що вивчали характеристики CD. Представлено нові результати, що демонструють поліпшені характеристики MVRD з THP.