Реферат: Оборудование космических кораблей

На космических кораблях используются все лучшиеразработки человечества, на них опробуются новейшие передовые технологии, ибортовое оборудование космических кораблей – также наисовременнейшее.

В целом оборудование космических кораблей можноразделить на системы поддержания жизнедеятельности экипажа, в том числе системытерморегуляции, энергетические системы, системы рециркуляции воздуха, системысвязи, систему стабилизации, систему навигации, и научные системы, в том числеразличные лаборатории, производственные отсеки, аппаратура наблюдения и т.д.

/>Системы жизнеобеспечения

Задачей систем жизнеобеспечения космического корабляявляется предоставление членам его экипажа максимально комфортных условийработы, обеспечение их максимальной безопасности.

Система энергоснабжения

Система энергоснабжения космического корабляпредоставляет всю необходимую для жизнеобеспечения и проведения научной работыэнергию.

Первым компонентом энергосистемы являетсяэнергосистема автономная. В ее состав входит блок аккумуляторов большой емкостии минимально возможной массы. Как правило, это алюминий-литиевые аккумуляторы. Автономнаяэнергосистема используется тогда, когда энергия от солнечных батарей непоступает. Таким образом, оборудование космического корабля питается отвнутренних аккумуляторных батарей при монтаже станции, когда энергия отсолнечных батарей не поступает, поскольку они еще не смонтированы, при заходестанции на теневую сторону планеты, когда энергия от солнечных батарей не поступает,поскольку они не освещены, а также в аварийных ситуациях, когда поврежденысолнечные батареи или проводка, соединяющая с ними. Еще одной причинойподключения аккумуляторной батареи может быть недостаток мощности солнечныхбатарей для проводимого эксперимента./>

Вторым компонентом энергосистемы корабля являютсясолнечные панели большой плоскости, а следовательно, большой мощности. Площадьповерхности солнечных батарей очень велика и иногда превышает 1000 квадратныхметров. Такие батареи могут предоставлять 25-30 киловатт мощности. На станции«Мир» площадь солнечных батарей составляла 114 квадратных метров, и они давали10.1 киловатт мощности. Для получения максимальной отдачи солнечные батареипостоянно разворачиваются перпендикулярно направлению падающего на них света. Всовременных системах солнечные батареи по этой причине закреплены подвижно,чтобы позволить им разворачиваться, не разворачивая всего космического корабля.Неизрасходованная энергия запасается в аккумуляторной батарее. Солнечныебатареи делаются из никель-кадмия, так как КПД батарей из этого материаламаксимален. С увеличением площади солнечных батарей возникает проблемабезопасной навигации рядом с космическим кораблем, так как увеличивается рискзадеть эти батареи, что, как известно, и случилось при эксплуатации станции«Мир». Тогда грузовой модуль задел батареи станции, повредив их и сбивориентацию станции в пространстве, для устранения чего потребовалось несколькорабочих дней экипажа.

Системы терморегуляции

Задача систем терморегуляции космического корабля-обеспечивать равномерную комфортную для людей температуру во всем еговнутреннем жилом объеме.

В космосе главную проблему представляет равномерноераспределение тепла по освещенной и затененной сторонам корабля. Для выполненияэтой задачи корпус корабля проектируют настолько теплопроводным, наскольковозможно без опасности без экипажа.

Излишнее тепло с космических кораблей сбрасываетсячерез радиаторы большой площади. На современных космических кораблях радиаторырасполагаются в тени солнечных батарей.

Системы регенерации воздуха

Системы регенерации воздуха создают на космическомкорабле атмосферу, пригодную для жизни его обитателей. Системы рециркуляциивоздуха забирают из воздуха двуокись углерода и насыщают его кислородом.

Системы, поглощающие двуокись углерода в космическихсистемах во многом подобны аналогичным системам подводных лодок, однакоотличаются от них большим сроком службы и меньшим весом. Двуокись углеродапоглощается из воздуха за счет химической реакции с наполнителем поглотителя,превращаясь в химически нейтральные и безопасные вещества.

Поглотители, выработавшие свои ресурс, отправляются наЗемлю грузовым кораблем и сгорают в атмосфере вместе с ним или же выбрасываютсяв космос вместе с другим мусором.

Важной частью систем регенерации воздуха накосмическом корабле является система электролитических генераторов кислорода.Электролитические генераторы кислорода насыщают воздух космического кораблякислородом, вырабатывая его из воды методом электролиза. Как правило, в кислородныхгенераторах используется уже отработанная вода, например, вода, остающаясяпосле душа космонавтов. Минусом подобных систем является большая энергоемкостьгенераторов.

Для экстренных случаев, связанных с отказом системрециркуляции воздуха, на космических кораблях есть запас воздуха в баллонахвысокого давления. Недостатком подобных систем является высокий вес.

Следует заметить разность в подходе к атмосфере накосмических кораблях советских и российских и американских конструкторов. Нанаших космических аппаратах состав воздуха совпадает с составом воздуха наЗемле, то есть в нем есть 70% азота. На американских космических корабляхатмосфера состоит из чистого кислорода, по концентрации и порционному давлению,однако, совпадающему с земными характеристиками. Из-за подобного подходаамериканские астронавты испытывают трудности при длительном пребывании настанциях и во время адаптационного периода на Земле.

Системы водоснабжения

Системы водоснабжения предоставляют экипажукосмического корабля чистую воду, пригодную для использования в научных целях идля жизнеобеспечения.

Космический корабль имеет некоторый запас воды вбаллонах. Эта вода используется для любых научных нужд и нужд экипажа. Послеиспользования вода попадает в систему регенерации. Та вода, которую можноиспользовать в дальнейшем, проходит очистку, фильтруется и снова попадает вбаллоны. Вода, очистка которой невозможна или слишком трудоемка, попадает всистемы электролитической генерации кислорода, где и разлагается.

Спортивные системы

На современных космических кораблях используетсябогатый набор средств для поддержания физической формы экипажа. К числу таковыхотносятся различные тренажеры, в том числе велотренажеры, тренажеры лестничноготипа и так далее, а также эластичные жгуты для растягивания или скручивания.

В случае недостаточного использования спортинвентарякосмонавтами в условиях невесомости или микрогравитации их мышцы настолькоатрофируются, что на Земле им бывает необходим многомесячный восстановительныйкурс.

Системы связи

Системы связи на космических кораблях многогранны, таккак имеют множество применений. К их числу относятся антенны связи с Землей иантенны связи со спутниками и другими кораблями.

Для связи с Землей чаще всего используютсяпараболические антенны большого диаметра. (Например, на станции «Мир» былочетыре параболических антенны диаметром 4.5 метра каждая). Зачастую кроменепосредственной связи с командным пунктом используются наземные ретрансляторыи спутники-ретрансляторы.

Для связи с другими космическими кораблямииспользуются менее мощные антенны, поскольку им не надо пробивать оболочкуатмосферы. Чаще всего эти антенны являются направленными.

Системы ориентации в пространстве, стабилизации инавигации

Задача перечисленных систем – обеспечение четкого, стабильногои безошибочного перемещения космического корабля и надежная фиксация его внеподвижности в случае необходимости.

Главными компонентами системы являются различныегироскопические стабилизаторы, датчики горизонта, датчики Солнца, датчикизвезд, датчики ускорения, а также различные инфракрасные датчики и радары.

С помощью гироскопических систем возможно с большойточностью определить ориентацию корабля относительно некоторого однаждызаданного положения. Эффект базируется на сохранении неподвижности впространстве вращающегося тела – гироскопа. Сигналы от гироскопических системпередаются на двигатели ориентации в пространстве, и космический корабльподдерживает заданную пространственную ориентацию.

Датчики горизонта позволяют определять положение корабляотносительно земного шара, датчики Солнца определяют расположение корабляотносительно Солнца, а датчики звезд позволяют определить пространственноеположение корабля по расположению звездной сферы. Все перечисленные системыявляются вспомогательными по отношению к главным гироскопическим приборам.

Еще одним видом вспомогательных навигационныхустройств являются датчики ускорения.

Важнейшую роль в космической навигации имеют радарныеустановки кораблей. За счет использования различных радарных устройствопределяется расстояние до Земли и других космических аппаратов. Важнейшую рольиграют стыковочные радары при сложнейшей операции – стыковке.

Научные системы

Научные системы космических кораблей оченьразнообразны и различны по форме, устройству и назначению.

В условиях земной орбиты возможно проведениемикрогравиметрических опытов, а также астрономические наблюдения, точностькоторых тем выше, что они не затруднены атмосферными искажениями и не зависятот метеоусловий.

В опытах в условиях микрогравитации выделяют дваосновных направления: биотехнологическое и химико-металлургическое.

Основными направлениями биотехнологическихисследований являются изучение влияния невесомости на земные организмы и синтезбиологически активных и целебных веществ, производство которых невозможно наЗемле.

Биотехнологический модуль «Природа» станции «Мир»

К биотехнологическим модулям космических кораблейвысказываются особенно высокие требования по поддержанию на постоянном уровнетемпературы, влажности и давления, поскольку даже незначительное отклонениеэтих параметров от эталонных величин способно сорвать многодневные или дажемногомесячные эксперименты.

Основными направлениями химико-металлургическихисследований в космосе являются получение новых сплавов, получение которыхвозможно лишь в невесомости, и исследование новых методов напыления металла наразнообразные поверхности. Кроме того, проводятся и некоторые другие, болеесложные химические опыты.

/>Научно-исследовательский модуль«Кристалл» станции «Мир»

Интереснейшие результаты дает производство в космосеразличных полупроводников.

Материалы, полученные на орбитальных станциях,доставляются на Землю либо на многоразовых космических кораблях, советском«Буране» и его американском аналоге, так называемом «Челноке» (“Shuttle”),либо на спускаемых капсулах. В любом случае цена одного килограмма полезногогруза достигает сотен тысяч, а иногда и миллионов долларов.

В настоящее время ведутся разработки автоматическихбеспилотных космических аппаратов, способных после выхода в космос за некотороевремя совершить над находящимися в них материалами все необходимыетехнологические операции и вернуться на Землю уже с готовым продуктом.Разработка таких систем начата в нашей стране еще в восьмидесятые годы вконструкторском бюро «Салют», и к началу девяностых получены первые результаты,однако экономический кризис девяностых годов не позволил работам по этой темеперейти в практическую плоскость.

Другим важнейшим направлением научных исследований вкосмосе являются астрономические и геодезические наблюдения.

/>Исследование космоса с орбиты незатруднено атмосферой, что позволяет получать высококачественные и высокоточныеснимки.

Астрономический модуль «Квант-2» станции «Мир»

/>Исследование космоса с орбиты Землипроходит не только в оптическом диапазоне, на космических кораблях установленытакже радиотелескопы и датчики гамма-лучей. При помощи телескопическогооборудования, выведенного в космос, уже было обнаружено несколько сотеннеизвестных ранее звезд, звездных скоплений и галактик.

На многих космических кораблях устанавливаютсяспектрометры различных типов и видов. Получены интереснейшие спектроскопическиеснимки.

/>Проводятся исследования космическойпыли и межзвездного газа.

В последнее время наметилась некоторая тенденция ксозданию беспилотных космических кораблей с астрономическим оборудованием.Примером такого рода искусственных спутников может служить широко известныйамериканский телескоп «Хаббл» (“Hubble”), снимки с которого доступны через всемирнуюкомпьютерную сеть Интернет.

Для наблюдения Земли из космоса используетсясверхточное геодезическое оборудование.

Из космоса при изучении земной коры было открытонесколько месторождений полезных ископаемых, при помощи спутников наблюдения заоблаками с высокой точностью предсказывается погода и заранее высылаютсяштормовые предупреждения в случае опасности возникновения шторма.

Благодаря орбитальным геодезическим системам на картеЗемли не осталось «белых пятен», даже те места, куда ни разу не ступала ногачеловека, тщательно сфотографированы из космоса и нанесены на карты.

Спутники, наблюдающие за морем, передают рыболоваминформацию о миграции косяков рыб, что увеличивает уловы. Эти же спутникикоординируют работу службы рыбнадзора по борьбе с браконьерами, помогают ликвидироватьпоследствия для экологии от крушений нефтяных танкеров.

Земля опутана сетью наблюдающих за ее поверхностьюспутников, которые предоставляют человечеству подробнейшую информацию о жизниего планеты.

Прочее оборудование

Для космических станций очень важную роль играетсвоевременное и правильное размещение и перемещение модулей, выполнениенеобходимых технологических операций за пределами корабля, причем далеко не всеиз них можно выполнить силами космонавтов.

Для выполнения подобной работы на современныекосмические станции и некоторые корабли устанавливают манипуляторы,представляющие собой гибкое подобие руки, устанавливаемое на внешней обшивкекорабля и завершающееся захватом. При помощи манипулятора и производитсябольшинство операций за пределами корабля, а силы космонавтов применяются лишьв тех местах, которые манипулятору недоступны. Именно при помощи манипуляторовосуществляется переформирование космических станций, сопровождающеесяперестановкой модулей. Очевидно, такая работа космонавтам не под силу.

На современных станциях, как правило, ставится не одинманипулятор.

Не менее важной частью космического корабля, чемманипулятор, являются воздушные шлюзы.

На современных станциях воздушные шлюзы высоконадежныи оборудованы автоматическими системами, блокирующими открывание шлюза, еслиразница давлений между внутренним пространством шлюза и стороной, в которуюпроизводится открывание, превышает некоторое безопасное значение.

/>Манипулятор космической станции «МКС»(“ISS”)

Один из воздушных шлюзов на МКС

/>Таким образом станции защищены отполной разгерметизации, тем более, что при опасном падении давления внутристанции внутренние шлюзы герметизируются автоматически. При повреждении обшивкистанции разгерметизированный отсек автоматически отрезается от остальной частикорабля, и станция сохраняет работоспособность.

Боевые системы

Имеются прецеденты установки на космические корабли истанции военных, боевых систем и систем двойного назначения.

В первую очередь к таким системам относятся широкоизвестные системы наблюдения за земной поверхностью с автоматических илиуправляемых с Земли космических аппаратов (так называемые «спутники-шпионы»).При помощи аппаратуры, установленной на этих спутниках, еще в семидесятые годыможно было различить количество звездочек на погонах офицеров потенциальногопротивника. Известно уголовное дело, где доказательства обвинения строились какраз на снимках со спутника. Там, правда, обвиняемый был уличен во лжи,поскольку его машина находилась в момент преступления не там, где он утверждал.

Известно, что существовали планы размещения наорбитальных платформах ядерного оружия и лазерных установок. Однако размещениеядерных боезарядов на орбитальных платформах оказалось нецелесообразно –подлетное время сокращалось не очень значительно, но при этом возникалиогромные затраты на вывод боезарядов на орбиту и обслуживание их. Кроме того,возрастала уязвимость системы, так как пропорционально сокращению подлетноговремени сокращалось и время подлета вражеских боевых средств к платформе-носителюзаряда.

Использование лазерных систем в космосе былооднозначно более перспективным. При конструировании подобных систем былопринято решение использовать лазеры с ядерной накачкой, так как они имелиминимальный вес при максимальной скорости реагирования. Но с выбором подобнойсистемы перед конструкторами встали новые проблемы – даже самые совершенныесистемы стабилизации орбитальных платформ все равно давали миллиметровыедрожания при накачке лазера. В этом случае, если учитывать расстояние до Землии рассеяние луча в атмосфере получалось бы километровое пятно излучения,дрожащее и перемещающееся от этого дрожания на десятки километров. В результатеприменения такого оружия температура в зоне поражения повысилась бы на 1-2градуса Цельсия. Этого было явно недостаточно. Конструкторы западного блокаспасовали перед этой трудностью, не сумев создать сколько-нибудь применимоголазерного оружия орбитального базирования. А вот конструкторы СССР сумелисправиться с проблемой. Для этого вида оружия были разработаны специальныестабилизаторы. В их разработке, среди прочих, принимали участие и нескольковыпускников МАИ. При помощи этих стабилизаторов стало возможно направлениелазерного луча в ограниченную область, и температура в зоне поражения должна былавозрастать на 200-400 градусов Цельсия. Воплощению в жизнь нового вида оружияпомешало подписание соглашений ОСВ-1 и ОСВ-2.

/>Кроме того, были попытки размещения наорбитальных платформах систем противоракетной обороны, например, на станции«Мир» планировались испытания противоракетной системы «Октава», входившей внабор оборудования модуля «Спектр». Испытания, впрочем, не были проведены из-занедостатка финансирования.

Модуль «Спектр» станции «Мир»

Известен недавний американский проект создания системыпротиворакетной системы космического базирования, работающей за счетиспользования лазера, что является прямым нарушением ранее достигнутыхдоговоренностей.

Впрочем, очевидно, попытки создания внятной системыпротиворакетной системы обречены на провал, пока не будет создано оборудование,способное выделять истинные цели (межконтинентальные баллистические ракеты)среди множества ложных, создаваемых для защиты ракет от противоракетнойсистемы. Кроме того, подобная система должна обладать высокой скоростью реагированияи четкостью работы, чтобы уничтожить ракеты противника достаточно быстро.

Однако даже если подобная система и будет когда-либосоздана, цели ее я не вижу. Для полного уничтожения противника вместе состальным человечеством запускать МБР вовсе не обязательно. Их достаточноподорвать в шахтах.

Перспективы развития космической техники

Очевидно, освоение космоса будет и дальше проходитьпод эгидой мира и сотрудничества различных наций. Со временем будет все большеи больше разрастаться сеть спутников различного назначения на Земной орбите,появятся и долговременные спутники или научные экспедиции на других планетах.

Уже сейчас имеется опыт мирного сотрудничества врамках проекта «Международная космическая станция», хотя проект и омраченпостоянными претензиями американской стороны к остальным странам-участницам.Хочется надеяться, что в дальнейшем противоречия будут сглажены и мирныекосмические станции займутся только научными изысканиями на благо всемучеловечеству.

/>Общий вид МКС сегодня

Реферат

по введению в авиационно-космические технологии

студента группы №04-115

Володарского Данилы

на тему:

«Оборудование космических кораблей»

Москва 2004

Библиография

1)Astronautix.com

2)Сергей Воеводин. «Статьи Сергея Воеводина»

3)Эдуард Грондин. «Личная переписка»