Обсуждение космических программ

Цитата

Шифр эксперимента:	Знамя-3
Направление НПИ:	5. Технологии освоения космического пространства
Наименование эксперимента:	Раскрытие двух плёночных отражателей, формируемых центробежными силами на ТГК «Прогресс-М», регистрация микрочастиц, освещение поверхности Земли отражённым солнечным светом, управление гироскопической парой, ретрансляция радиоволн
Цель эксперимента:	Целями проведения КЭ «Знамя 3» являются: • Подтвердить технические решения, связанные с созданием на околоземной орбите сверхлегких крупногабаритных пленочных конструкций (КГПК), формируемых центробежными силами; • Показать возможность создания космических парусных кораблей, длительно функционирующих без расхода рабочего тела, космических аппаратов системы космического освещения, сверхмощных концентраторов солнечного излучения (для орбитальных печей, лазерных систем защиты и восстановления озонового слоя Земли, энергоснабжения Земли из космоса); • Изучить эффективность КГПК в качестве их использования как элементов микрометеорной защиты протяженных орбитальных объектов (космических станций) от частиц антропогенного и естественного происхождения.
Описание эксперимента:	Комплексный космический эксперимент «Знамя-3» решает несколько задач по созданию в космосе сверхлёгких крупногабаритных плёночных конструкций, Солнечного парусного корабля (СПК) и космического отражателя солнечного света. Эксперимент планируется провести в три этапа: Первый этап. Разработка и изготовление макета спаренного гироскопа. Наземная отработка метода управления ориентацией КА с использованием изменения кинетического момента путем излома оси вращения маховиков СГ. Практически на данном этапе должен быть изготовлен макет спаренного гироскопа, произведена его наземная отработка, а также изготовлена и апробирована система управляемости макетом в космосе. Второй этап. Создание полотнища диаметром 25-30 м, раскрытие на базе ТГК «Прогресс-М» одного полотнища с реализацией доработок для улучшения отражающих характеристик пленки с исследованием отражающих характеристик поверхности полотнища. Третий этап. Создание нового космического аппарата на базе ТГК «Прогресс-М» с двумя полотнищами, вращающимися в разные стороны. Отработка режимов автономного полета Солнечного парусного корабля и космического отражателя солнечного света, или выведение автономного космического аппарата «Солнечный парус».
Новизна эксперимента:	Эксперимент базируется на опыте ранее проведенных работ (КЭ «Знамя-2», «Знамя-2,5»), наличии задела в области создания аппаратуры для развертывания крупногабаритных пленочных конструкций, отработанной методики. Новизна заключается в применении новых материалов с улучшенными свойствами для развертывания на околоземной орбите сверхлегких крупногабаритных пленочных конструкций (КГПК), формируемых центробежными силами, отработке методов безрасходного управления ориентацией КА, применении полученных результатов как в практической и теоретической космонавтике, так и для ее популяризации среди широких слоев населения.
Научная аппаратура:	Научная аппаратура первого этапа КЭ «Знамя 3» состоит из следующих элементов: - Модель Спаренного гироскопа (СГ) - Проведение исследований по определению управляемости СГ в невесомости - Пульт управления - Управление приводами и арретирами модели СГ - Кабели - Обеспечение электрических связей с системами РС МКС Научная аппаратура второго этапа КЭ «Знамя 3» состоит из следующих элементов: - Агрегат развертывания отражателя (АРО) - Отработка развертывания и устойчивого вращения полотнища отражателя - Проведение исследований по определению характеристик полотнища агрегата - Блок электроники научной аппаратуры - Управление приводами АРО - Кабели - Обеспечение электрических связей с системами РС МКС - Цифровой фотоаппарат с телеобъективом - Регистрация КЭ с борта МКС - Наземная аппаратура регистрации отражающих характеристик полотнища - Регистрация отражающих характеристик полотнища АРО Научная аппаратура третьего этапа КЭ «Знамя 3» состоит из следующих элементов: - Агрегат развертывания малого отражателя (АРМО) - Отработка развертывания и устойчивого вращения полотнища отражателя - Проведение НИ по определению характеристик полотнища агрегата отражателя - Агрегат развертывания большого отражателя (АРБО) - Отработка развертывания и устойчивого вращения полотнища отражателя. - Изменение угла оси вращения полотнища отражателя. - Проведение НИ по определению характеристик полотнища агрегата отражателя. - Блок электроники научной аппаратуры - Управление приводами АРБО и АРМО. - Регистрация, обработка, хранение информации, и запись данных с результатами КЭ на съемный носитель информации (flash-память) - Блок регистрации с эффективности микрометеорной защиты - Регистрация эффективности микрометеорной защиты полотнищ отражателей АРБО и АРМО - Дополнительная телекамера - Видеорегистрация раскрытия и устойчивого вращения полотнища отражателя АРБО - Видеокоммутатор - Коммутация видеосигналов телекамер для передачи оператору видеоизображения в режиме ТОРУ - Цифровой фотоаппарат с телеобъективом - Регистрация КЭ с борта МКС - Наземная аппаратура регистрации отражающих характеристик полотнищ - Регистрация отражающих характеристик полотнищ АРБО и АРМО
Ожидаемые результаты:	Эксперимент «Знамя-3» является многоплановым, комплексным, и предполагает поэтапную реализацию с получением промежуточных результатов необходимых в итоге для создания прототипа Солнечного парусного корабля. В качестве результатов первого этапа эксперимента будут получены достоверные количественные данные о поведении гироскопической пары в невесомости – скорости и ускорения движения гироскопической пары при различных углах относительного положения осей, при различных накопленных кинетических моментах на концах гироскопической пары. Будут проводиться исследования по возбуждению и активному демпфированию продольных и поперечных колебаний, опыты полета «по траектории». Такого рода системы ещё никогда не использовались в космосе. При этом риск проведения этого этапа эксперимента минимален. Результат работ второго этапа – отработанные в космосе агрегат развертывания, пленочный парус для третьего этапа эксперимента, количественные оценки оптических свойств такого рода пленочных отражателей, базирующиеся на фактических данных, алгоритмы управления и фактические данные об устойчивости и управляемости вращаемого пленочного паруса для проекта СПК. Результатом третьего этапа должен стать прототип СПК, отработанный в реальных условиях космического полета. Итоговые результаты реализации всех трех этапов КЭ: • Определение рациональных вариантов конструкций пленочных полотнищ, схем укладки и характеристик агрегатов развертывания, обеспечивающих плавный (без ударов, колебаний, запутывания) управляемый роспуск из уложенного состояния в требуемую форму развернутого полотнища. • Определение эффективности отражающих поверхностей и прочностных характеристик пленочных материалов в условиях комплексного воздействия эксплуатационных нагрузок и внешних условий среды. • Создание двухосного напряженного состояния пленочной конструкции с максимальными отражающими характеристиками. • Изучение динамики управляемого и неуправляемого роспуска конструкций, формируемых центробежными силами, математическое моделирование процесса роспуска и напряженного состояния конструкции. • Управление положением в пространстве раскрытых конструкций в соответствии с предъявляемыми требованиями к точности поверхности и ее ориентации; изучение процессов пассивного и активного демпфирования колебаний от воздействия гироскопических сил, подбор параметров конструкции, при которых в конкретной задаче эти колебания допустимы. • Создание технологий изготовления и укладки пленочных полотнищ диаметром до 200 м (подбор раскроя, режимов сварки или склейки швов равнопрочных основному материалу, точность изготовления, укладка в минимальный объем). • Разработка схем креплений и намотки для тросовых элементов конструкций отражателей, обеспечивающих динамику их управляемого и надежного роспуска. • Создание методик наземных экспериментальных исследований отражающих характеристик маломасштабных моделей пленочных отражателей при переориентации в пространстве; проведение модельных наземных экспериментов, в том числе, в вакуумной камере. • Определение оптимального облика перспективных космических аппаратов различного назначения на базе разрабатываемого типа пленочных конструкций. Таким образом, полученный научно-технический задел окажется уникальным и востребованным не одним поколением будущих разработчиков космической техники. Применение результатов КЭ "Знамя 3" возможно в следующих областях. В прикладных аспектах: - мониторинг и прогноз гелиогеофизической обстановки; - создание солнечных отражателей и концентраторов, гелиоэнергетика; - крупногабаритные антенны для космической и межбортовой связи; - безрасходный двигатель на «солнечном ветре»; - освещение районов Земного шара; - защита от космического мусора. В фундаментальной науке: - исследования частиц высоких энергий; - исследование солнечной активности; - ловушки космической пыли. В образовательно-демонстрационном приложении: - демонстрация и популяризация возможностей отечественной космонавтики; - привлечение для проектирования и конструирования элементов студентов профильных ВУЗов.