Подлетный лов: разработан новый способ стыковки орбитальных аппаратов

10:43 20/02/2020
Комментарии 9 👁 460

Российские ученые разработали метод стыковки для недавно презентованного нового типа пилотируемых космических аппаратов в форме свободно вращающегося тора — с его помощью создается искусственная гравитация. Способ основан на использовании особых свойств таких кораблей для освоения дальнего космоса и потребует минимум изменений в их конструкции. Преимущества предлагаемого решения — в экономии топлива и обеспечении целостности обоих аппаратов даже в случае неудачной попытки сближения.

Российские ученые разработали метод стыковки для недавно презентованного нового типа пилотируемых космических аппаратов в форме свободно вращающегося тора — с его помощью создается искусственная гравитация. Способ основан на использовании особых свойств таких кораблей для освоения дальнего космоса и потребует минимум изменений в их конструкции. Преимущества предлагаемого решения — в экономии топлива и обеспечении целостности обоих аппаратов даже в случае неудачной попытки сближения.

Сложности подлета

Ученые из Московского авиационного института предложили инновационный метод стыковки с пилотируемым космическим аппаратом (ПКА) нового типа. Ранее специалисты разработали проект такого ПКА «ТОР» для освоения дальнего космоса. Для устранения длительного воздействия невесомости на организм человека ТОР предлагают делать в виде «бублика» диаметром 100 м — такая тороидальная форма корабля обеспечивает постоянную имитацию воздействия гравитации на экипаж за счет вращения (подробнее — см. справку).

Однако непрерывное вращение, большая масса и габариты ТОРа влекут за собой проблемы стыковки с другими космическими аппаратами. Предложенный учеными новый метод сближения заключается в использовании силовых и транспортных рельсов внешнего контура ПКА. Эти элементы уже предусмотрены проектом конструкции корабля. По словам профессора МАИ, академика РАН Олега Алифанова, они в любом случае необходимы для создания прочности и жесткости всего контура аппарата.

Сегодня в основном стыковка происходит так: специальные выступающие элементы стыковочных частей объектов (их называют агрегатами) механически сцепляются между собой, стягивая корабли или челноки. По окончании процесса замки сцепляются и закрываются, фиксируя положение. Проблема в том, что ТОР — крупногабаритный комплекс, все элементы которого непрерывно вращаются. Это создает значительные трудности для стыковки с ним внешнего космического аппарата.

— Нормальное функционирование ПКА ТОР возможно только в составе так называемой космической эскадры, — пояснила аспирант кафедры «Космические системы и ракетостроение» МАИ Джамиля Рамазанова. — Это группы беспилотных КА разного назначения, в сумме обеспечивающие выполнение всех функций комплекса. Так как эти аппараты не имеют жесткой связки между собой (то есть осуществляют свободный полет в группе), перенос людей и материалов между ними осуществляют специализированные платформы — роботы-челноки. И они уже оборудованы стыковочной системой, позволяющей подсоединяться к ТОРу новым способом.

Схема процесса выглядит следующим образом. Сначала челнок стабилизируется по координатам и скорости в определенной позиции относительно ТОРа. Затем он получает импульс движения так, чтобы подлететь по касательной к силовым транспортным рельсам ПКА. Причем в момент касания контактного элемента челнок будет иметь почти нулевую скорость. В этот момент он своими стыковочными штангами-манипуляторами осуществляет захват поверхностей элемента транспортных рельсов с обеих сторон. Это надо сделать довольно быстро. Приводы манипулятора оборудованы роликами, обеспечивающими одновременно и «прилипание» челнока к ТОРу, и возможность перемещаться по рельсам.
По ним челнок легко «докатится» до нужного шлюза, зафиксируется замками и осуществит прием-передачу грузов. Для отсоединения будет достаточно лишь разомкнуть замки, и далее центробежная сила сама начнет отводить аппарат от ПКА.

Первое преимущество такого метода в том, что он более экономичный по затратам топлива и энергии для всего цикла стыковки и расстыковки. Второе достоинство — минимизация рисков в случае неудачного контакта, благодаря легкому уходу челнока без нанесения повреждений ему и ТОРу. Один из недостатков — ограничение по массе, так как слишком тяжелый аппарат может дестабилизировать вращение ТОРа.

Вместе — эффективнее

Еще один возможный способ соединения космических кораблей известен уже давно. Для него необходим особый модуль, который вращается вокруг ТОРа так, чтобы быть неподвижным относительно идущего на сближение КА.

Однако надежность операций соединения таким методом должна стремиться к 100%, ведь в случае неудачного захода на «посадку» оба аппарата получат повреждения. Кроме того, этот способ стыковки потребует значительных дополнений конструкции ТОРа — его необходимо будет снабдить самой системой стыковочных узлов, системой его «подвески» и транспортировки грузов.

— Возможна практическая реализация сразу обоих способов, так как они не мешают, а взаимно дополняют друг друга, — добавил Олег Алифанов. — Так, к центральному стыковочному узлу могут стыковаться достаточно крупные «внешние» КА, что будет происходить не часто. А многочисленные контакты челноков внутри космической эскадры полностью обеспечит первый, инновационный метод.

Также ученый предложил присвоить всему проекту предварительное название — «ПКА «Джамиля» в честь автора — аспирантки МАИ.

По словам конструктора космической техники, генерального директора компании «КосмоКурс» Павла Пушкина, сама идея аппарата с искусственной гравитацией достаточно перспективна.

— Радует, что в МАИ прорабатывают различные решения и способы, позволяющие сделать дальние полеты реальностью. Основу новых пассажирских космических кораблей составят именно аппараты с искусственной гравитацией, пусть пока и неизвестно, когда именно это произойдет. И, конечно, для существенного продвижения проекта необходимо его прорабатывать, как говорится, снизу доверху.
Ученые отмечают, что развитие проекта «ТОР» будет ставить всё новые и новые задачи, так как его концепция отличается от других ПКА. Однако его реализация — только вопрос времени.

Справка «Известий»

В МАИ разработан проект нового типа космического аппарата для нивелирования последствий длительного воздействия невесомости на человека. Конструкция пилотируемого корабля для освоения дальнего космоса задумана в форме тора — фигуры, напоминающей бублик. Такая форма позволит обеспечить постоянную имитацию гравитационного воздействия на экипаж за счет вращения «бублика». Корабли схожей формы нередко встречаются в фантастических произведениях, в частности в фильме Кристофера Нолана «Интерстеллар».

Сборку аппарата диаметром 100 м под условным названием «ТОР» предполагают осуществлять на орбите Земли. По замыслу разработчиков пилотируемый космический корабль будет сопровождать группа беспилотных аппаратов разного назначения — специализированных платформ и роботов-челноков, в сумме обеспечивающих выполнение всех функций комплекса.

Дорогие друзья! Желаете всегда быть в курсе последних событий во Вселенной? Подпишитесь на рассылку оповещений о новых статьях, нажав на кнопку с колокольчиком в правом нижнем углу экрана ➤ ➤ ➤

Источник

9 Comments

  1. Второй абзац полностью повторяет первый.

  2. Андрей Крутой Андрей:

    Идея с рельсами бредовая. По замыслу авторов создается корабль для дальнего космоса. Все сели в него, раскрутили и полетели вперед. Корабль движется в такой раскрутке вперед или назад. Подлетают к планете – дали задний ход и затормозили. Далее надо маниврировать в боковые стороны в связи с чем раскрутку корабля нужно тормозить. Для чего рельсы нужно не понятно. Если использовать корабль чисто как орбитальную станцию – то нужно создать 3 части. По краям не вращающиеся, а по середине вращается. И не надо никаких рельс

    1. Поставить в центре “бублика” шлюз причаливания, комплекс маршрутных движков и двигайся куда хочешь и с кем хочешь, вращаясь для здоровья! Зачем мудрить с “рельсами”?

      3
      1
      1. puh:

        Богдан, технически задача сделать герметичный вращающийся узел со шлюзом – очень сложная. Тем более в космических условиях, да еще и крайне надежный узел, от которого зависит успех всех миссий. Погуглите, например, что такое холодная сварка в космосе. Или про проблемы смазки для подвижных соединений в вакууме. Поэтому, на мой взгляд, предлагаемый подход вполне обоснован – вращается весь КА в целом, а стыкуемся по касательной самому краю. К тому же при вращении будет действовать центробежная сила (как замена гравитации), что вынуждает делать прочную обечайку по периметру тонкостенных конструкций, то есть как раз таки что-то вроде рельс появится любом случае на внешнем ободе. К ним как раз и собираются причаливать.
        Меня только Джамиля смущает – не серьезно звучит название…

        1. Например, “В 1986 году сварка проводилась космонавтами Л. Кизимом и В. Соловьевым на орбитальных станциях «Салют-7» и «Мир». Перед ними стояла задача сварки элементов крупногабаритных ферменных конструкций. В этих экспериментах были отработаны методы сварки, технология сборки и ремонта конструкций в открытом космосе” из https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%BA%D0%B0_%D0%B2_%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%BE%D1%81%D0%B5.

          1
          1
        2. puh:

          Холодная сварка в космосе – причина аварий космических аппаратов

          http://lllolll.ru/svarka/

          https://askentire.net/q/kak-predotvratit-nezhelatelnuyu-kholodnuyu-svarku-v-kosmose-32571689809

          1
          1
  3. Что такое “силовых и транспортных рельсов внешнего контура ПКА.” и как связаться с ними? На тонкостенных конструкциях 100 м “бублика”! Офигеть можно от идей таких академиков!

    3
    1
  4. Дмитрий Поляков:

    puh:
    21/02/2020 в 15:10
    “Богдан, технически задача сделать герметичный вращающийся узел со шлюзом – очень сложная”.

    Наверняка можно предложить множество вариантов центрального шлюза, вращающегося вместе с “Бубликом” и составляющего с ним единое целое.

    Угловая скорость вращения шлюза относительно причаливающего КА будет достаточно небольшая.

    Для компенсации угловых скоростей вращения ПКА и стыкующегося КА (чтобы избежать излома стыковочных узлов) можно предложить свободно вращающееся (скользящее) кольцо-обруч вокруг одного из стыковочных узлов для начальной фиксации КА при причаливании и гашения импульса сближения.

    В дальнейшем вращение ПКА и КА уравнивается (фрикционно или маневровыми двигателями КА, вариантов много), после чего производится окончательная классическая стыковка.

    Наверняка профессионалы предложат еще 100 вариантов)

    Силовые транспортные рельсы-руль “а-ля Тимошенко” выглядят несколько громоздко)

    1. puh:

      Согласен, ваш вариант представляется красивым решением. Мне еще пришло в голову, что если бублик и правда диаметром 100 м то придется делать от центрального шлюза рукава (минимум 2 один напротив другого) длиной по 50 м – хорошо ли?

Добавить комментарий