<
Основы проектирования информационно-управляющих и механических систем космических аппаратов. Учебник

ПРЕДИСЛОВИЕ


Современные космические аппараты (КА) содержат множество механических устройств (МУ), которые функционально составляют единую механическую систему (МС) КА. Алгоритм функционирования всех устройств механической системы КА имеет единую цель — выполнение целевой функции КА, для которой он создавался изначально.
Таким образом, механическая система КА — это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов его конструкции, предназначенная для обеспечения автоматического функционирования КА в соответствии с заданным алгоритмом.
Как отмечено, в состав МС входят различные механические устройства.
Под механическим устройством понимается часть конструкции, состоящая из деталей и представляющая собой сборочную единицу, которая обеспечивает выполнение определенных операций функционирования МС.
Свойства МС существенно влияют на характеристики КА. В ФГУП «КБ «Арсенал» им. М.В. Фрунзе и ОАО «Информационные спутниковые системы» (ИСС) им. акад. М.Ф. Решетнева накоплен большой опыт разработки МС КА. Данный учебник — результат совместной работы сотрудников ФГУП «КБ «Арсенал», возглавляемых Генеральным директором, доктором технических наук А.В. Романовым и сотрудников ОАО «Информационные спутниковые системы» под руководством Генерального директора, генерального конструктора, члена-корреспондента РФ, доктора технических наук Н.А. Тестоедова.
В учебнике представлено системное мировоззрение на проектирование, создание и эксплуатацию КА, позволяющее использовать методы системного подхода к разработке сложной космической техники. В частности выполнен анализ механической системы КА и показана её тесная связь с информационно-управляющей системой, особенно с той её частью, элементы которой находятся на борту аппарата и обеспечивают автоматическое управление его функционированием.
Учебник содержит основные сведения о композиционных материалах и о технологиях изготовления композитных конструкций. В данном издании представлена методология обеспечения стабильности размеров и геометрических форм выносных композитных элементов КА в процессе реализации режимов управления аппаратом, описаны основные методы разработки математических моделей динамики КА, обоснованы преимущества использования композиционных материалов для изготовления выносных элементов аппарата. В учебнике приводятся некоторые математические модели напряженно-деформированных состояний тонкостенных композитных конструкций и обоснования перспективных направлений повышения производительности информационных КА.
Учебник отражает и концентрирует опыт, полученный в ходе проведения многолетних научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ, выполняемых в условиях реального производства.
Учебник может использоваться студентами и курсантами для теоретической и практической подготовки при изучении космических дисциплин, а также для выполнения ими курсовых и дипломных работ. Он предназначен для студентов, курсантов, аспирантов, адъюнктов и преподавателей высших учебных заведений профессионального образования аэрокосмических специальностей, а также для научных и инженерно-технических работников в области проектирования и эксплуатации космических аппаратов.
В написании отдельных глав данного учебника принимали участие следующие ученые и соискатели ученых степеней: В.Д. Атамасов, А.В. Машуков, Е.Г. Лянной, И.И. Дементьев, В.А. Бабук, В.П. Белов, О.М. Гудков, А.В. Пилецкий, В.В. Синицын, С.А. Сотник, С.Н. Иванович, С.Н. Изотов, А.Ю. Журавлев, А.А. Карасев, П.А. Карасев, М.И. Кислицкий, М.Н. Охочинский, В.В Голованова, А.Н Устинов, А.В. Белянкин, Д.А. Мосин, И.В. Шаталов, А. И. Гуцалюк.
СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ
ПРЕДИСЛОВИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. МЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
1.1. Механические системы в составе конструкции КА
1.2. Особенности состава современных космических аппаратов
1.3. Состав механических устройств современных космических аппаратов
2. ОБЩЕСИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К СОПРОВОЖДЕНИЮ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
2.1. Сложные технические системы (СТС), основные понятия, целевые функции и структуры
2.2. Стадии и этапы жизненного цикла ИУС
2.3. Концепция оценивания надёжности и безопасности ИУС
2.4. Методы контроля показателей надёжности и безопасности
2.5. Основные задачи и модели экспериментальной отработки
2.6. Показатели завершённости экспериментальной отработки
3. СИСТЕМЫ ОТДЕЛЕНИЯ КА
3.1. Конструкция системы при линейном одиночном отделении (конструкция СО-1)
3.2. Устройство и работа пирозамка
3.3. Динамика процесса отделения КА от РБ
3.4. Конструкция системы при линейном одиночном отделении (конструкция СО-2)
3.5. Система отделения трех космических аппаратов в боковом направлении (конструкция СО-3)
4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ
4.1. Общие сведения
4.2. Краткое описание конструкций панелей солнечных батарей
4.3. Кинематический анализ
4.4. Динамический анализ
4.5. Расчет нагрузок на элементы конструкции, действующих при раскрытии СБ
4.6. Анализ функционирования МУ СБ
4.6.1. Оценка работоспособности пирозамка зачековки пакета панелей
4.6.2. Система синхронизации раскрытия шарнирных узлов панелей СБ
5. МЕХАНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА АНТЕНН КА
5.1. Механические устройства зачековки антенны в транспортировочном положении
5.2. Конструкция и функционирование штанг и МУ зачековки
5.3. Описание механизма раскрытия
5.3.1. Особенности конструкции шарнирных узлов
5.3.2. Расчет КПД механизма раскрытия
5.3.3. Оценка сил сопротивления повороту и фиксации однозвенной штанги
5.4. Устройство штанги со спиральной антенной
5.4.1 Надежность срабатывания верхнего узла зачековки антенны
5.4.2. Функционирование замка зачековки штанги
5.5. Функционирование механизмов раскрытия рефлекторов антенн
6. РАЗРАБОТКА ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛЕЙ КА
6.1. Формирование исходных данных и концепции модели
6.2. Создание геометрической и динамической моделей
6.2.1. Разработка математической модели
6.2.2. Пример моделирования приводов раскрытия рефлектора
6.2.3. Моделирование процессов раскрытия в наземных условиях
6.3. Конечно-элементные модели в процессе разработки КА
6.3.1. Программно-аппаратный комплекс сквозного проектирования
6.3.2. Пример проверки достоверности КЭМ
7. КОМПОЗИТНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
7.1. Общие сведения о композиционных материалах
7.2. Методы изготовления композитных элементов космических аппаратов
7.2.1. Намотка волокнистых композитных конструкций
7.2.2. Изготовление волокнистых композитных изделий методом прессования
7.2.3. Пултрузия волокнистых композитных конструкций
7.2.4. Автоклавное формование композитных изделий
7.2.5. Контактно-вакуумное формование композитных конструкций
7.3. Композитные конструкции в составах космических аппаратов
7.4. Основные уравнения теории упругости
7.5. Математические модели напряженно-деформированного состояния тонкостенных композитных конструкций в виде стержней и пластин
7.5.1. Математические модели напряженно-деформированного состояния тонкостенных композитных конструкций в виде стержней
7.5.2. Математические модели напряженно-деформированного состояния тонкостенных композитных ортотропных конструкций в виде прямоугольных пластин
7.5.3. Метод решения систем дифференциальных уравнений в частных производных
7.6. Перспективные методы управления современными космическими аппаратами
7.6.1. Локальные системы гашения колебаний
7.6.2. Основные методы математического моделирования динамики космических аппаратов
8. ОГРАНИЧЕНИЯ, НАКЛАДЫВАЕМЫЕ ИСХОДЯ ИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ В СОСТАВЕ РАКЕТ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
8.1. Ракета-носитель «Космос-3М»
8.2. Ракета-носитель «Рокот»
8.3. Ракета-носитель «Протон»
8.4. Семейство РН «Ангара»
8.5. Габаритные и компоновочные требования к полезной нагрузке вследствие использования стандартных (или типоразмерных) головных обтекателей
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
НАЗАД