КОСМИ́ЧЕСКИЙ АППАРА́Т
-
Рубрика: Технологии и техника
-
Скопировать библиографическую ссылку:
КОСМИ́ЧЕСКИЙ АППАРА́Т, общее название технич. устройств, предназначенных для решения разл. целевых задач в космич. пространстве (напр., искусств. спутники Земли и др. небесных тел, космич. корабли). Первый КА (ИСЗ ПС-1) создан в СССР под рук. С. П. Королёва (запущен 4.10.1957). Средством выведения КА на космич. орбиту служит ракета-носитель. Полёт КА, как правило, делится на следующие участки: выведения (КА сообщается необходимая космич. скорость в заданном направлении); орбитальный (на котором движение КА происходит в осн. по инерции, по законам небесной механики); участок посадки. В ряде случаев КА снабжаются ракетными двигателями, позволяющими на орбитальном участке изменять (корректировать) траекторию движения или тормозить КА при посадке.
КА классифицируют по разным признакам. По наличию экипажа на борту выделяют КА: пилотируемые (напр., космические корабли «Союз», «Мир», «Шэньчжоу»), посещаемые (напр., космич. станция «Салют»), беспилотные, или автоматические (напр., ИСЗ серии «Космос», спутники связи серии «Экспресс»). В соответствии с баллистич. схемой полёта различают КА: суборбитальные, осуществляющие полёт по баллистич. траектории со скоростью меньше 1-й космической, т. е. недостаточной для вывода КА на орбиту ИСЗ (напр., первые космич. корабли США серии «Меркурий»); околоземные, которые движутся по геоцентрич. орбитам, не выходя за пределы сферы действия Земли (напр., все искусственные спутники Земли); межпланетные, выходящие в полёте за пределы сферы действия Земли и входящие в сферу действия Солнца, а также др. планет или их естеств. спутников (напр., автоматич. межпланетные станции «Пионер», «Венера», космич. корабли серии «Аполлон»). В зависимости от целевого назначения КА делят на исследовательские, транспортные, прикладные (спутники связи, метеорологические и др.) и военные. По продолжительности функционирования выделяют КА: короткоживущие – со сроком работы до нескольких суток (напр., все суборбитальные КА, космич. корабли «Восток», «Восход»); со ср. продолжительностью полёта (напр., спутники связи серии «Молния», орбитальные станции серии «Салют»); долгоживущие – 10 лет и более (напр., спутники связи «Инмарсат», орбитальный комплекс «Мир»). Также различают КА однократного (напр., космич. корабли серии «Союз») и многократного использования (напр., космич. корабли «Спейс шаттл», «Буран»).
Необходимость длительного самостоят. функционирования в условиях космич. пространства обусловливает сходные конструктивные особенности большинства КА, которые обычно оборудуются двигат. установками, системами управления, энергопитания, передачи и приёма информации, навигации, регулирования теплового режима и т. п. КА, как правило, состоят из конструктивно и/или функционально законченных отсеков-модулей, объединённых механич., электрич. и гидравлич. связями. С целью снижения массы КА и, следовательно, расхода топлива на выполнение манёвров некоторые отсеки могут быть отделяемыми (после решения своих функциональных задач). Системы управления совр. КА создаются на основе малогабаритных быстродействующих компьютеров и радиационно стойких электронных приборов. В качестве исполнит. органов системы управления движением применяются ракетные двигатели (жидкостные, ионные, плазменные), электроракетные двигатели, инерционные устройства (маховики, силовые гироскопы), а также пассивные средства стабилизации в виде гравитац. штанг, аэродинамич. поверхностей или солнечных отражателей. Источниками информации для автономной ориентации и навигации КА служат излучение Солнца, звёзд, электромагнитные волны, приходящие от Земли, Луны, планет и др. небесных тел. Управляющая информация поступает также из наземных центров управления. Определение пространственного положения и траектории движения КА производится с помощью разл. оптич. датчиков, бортовых инерциальных измерит. средств, наземной радиолокац. и оптич. аппаратуры. Системы электропитания большинства КА основаны на превращении солнечного излучения в электроэнергию с помощью фотоэлектрич. преобразователей. Кроме этого, в состав системы электропитания входят химич. источники тока, а также контрольная и регулирующая аппаратура. Для межпланетных КА могут использоваться ядерные или изотопные источники электроэнергии. Системы терморегулирования КА основаны на принципе теплоотвода с помощью излучения. КА обычно имеют т. н. радиац. поверхности, которые за счёт спец. покрытий обладают большим коэф. собств. излучения и малым коэф. поглощения. Задачей системы терморегулирования является сбор теплоты с тепловыделяющих приборов и агрегатов КА и передача её к радиац. поверхностям. Обычно для этих целей используются газовые и жидкостные теплоносители, перемещаемые вентиляторами или гидравлич. насосами, а также широко применяются тепловые трубы и тепловые насосы. Кроме этого, на пилотируемых КА в герметичной кабине экипажа непрерывно поддерживаются необходимые условия для жизни и работы человека – осуществляется регенерация атмосферы (с регулированием её температуры и влажности), снабжение водой и пищей и др. (см. Жизнеобеспечения система).
КА, осуществляющие посадку на др. планеты или возвращающиеся на Землю, оснащаются комплексом средств посадки, как правило включающим тормозные ракетные двигатели, средства аэродинамич. торможения и посадочные устройства. КА может осуществлять посадку на поверхность непосредственно или перед посадкой такой аппарат делится на части. Одна часть остаётся на орбите для обеспечения связи с посадочным комплексом и передачи информации на Землю (об атмосфере планеты, магнитном поле, радиации и т. п.), другая часть спускается на поверхность планеты. Конструкция посадочных аппаратов зависит не только от планеты, на которую производится посадка (наличие атмосферы и её плотность, силы тяжести и т. д.), но и от программы исследований и программы полёта (будет ли возвращаться КА или его часть обратно на Землю, какая часть КА останется на планете, какие задачи она будет решать). КА или их отсеки, которые предназначены для спуска на планеты, имеющие атмосферу, покрываются одноразовыми или многоразовыми теплозащитными покрытиями. Кроме общепринятых служебных систем, КА, осуществляющие посадку, могут снабжаться системами перемещения по поверхности планеты, передачи информации на Землю (напрямую или через орбитальный спутник), разл. науч. аппаратурой.
Конструкция КА (корпус, разл. фасонные опоры и перекладины для плоскостей антенн и др.), учитывая специфич. особенности космич. пространства (глубокий вакуум, наличие метеоритных частиц, интенсивная радиация и др.), выполняется из материалов с высокими удельными прочностными характеристиками, напр. из алюминиевых или титановых сплавов. С кон. 20 в. в конструкции КА всё более широкое применение находят композиционные материалы.