Определение степени угрозы со стороны космического мусора для космических аппаратов. Часть II

Только на сайте www.rezina.ua Вы всегда сможете купить качественные шины ведущих мировых производителей. Так, например, комплект зимней резины Debica Frigo обойдет Вам всего в 1 600 грн.


062712 1859 7 Определение степени угрозы со стороны космического мусора для космических аппаратов. Часть II

Этот кратер в 5 см броне шаттла, участвовавшего в миссии НАСАНациональное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (англ. National Aeronautics and Space Administration) — агентство, принадлежащее федеральному правительству США, подчиняющееся непосредственно вице-президенту США и финансируемое на 100 % из государственного бюджета, ответственное за гражданскую космическую программу страны. Все изображения и видеоматериалы, получаемые НАСА и подразделениями, в том числе с помощью многочисленных телескопов и интерферометров, публикуются как общественное достояние и могут свободно копироваться. Solar Maximum Mission, пробил крошечный обломок орбитального мусора

 

На типичных для низкоорбитальных космических объектов скоростях столкновения атакующая частица обычно расплавляется или даже испаряется, а мельчайшие осколки или расплав либо образуют большой кратер в щите, либо пробивают его насквозь, в зависимости от толщины щита. Чтобы монолитный щит защищал от высокоскоростного удара (от перфорации), его толщина должна быть пропорциональна второй или третьей степени скорости столкновения [Swift, 1982; Cour-Palais, 1985, 1987]. При скоростях удара более 2…3 км/с многослойный щит (например, бампер Уиппла) эффективнее монолитного. Экспериментальные и теоретические данные показывают, что при типовой скорости удара в области низких орбит бампер Уиппла обеспечивает защиту, эквивалентную защите монолитного в 10…20 раз более массивного, чем бампер [Swift, 1982].

 

Когда высокоскоростной снаряд ударяется в бампер многослойного щита Уиппла, их взаимодействие возбуждает обратную ударную волну, разрушающую, расплавляющую и даже испаряющую материал снаряда. Затем мелкие и уже более медленные частицы движутся от бампера к следующему, улавливающему слою (кэтчеру) и, ударяясь в него, распределяют энергию удара (ее оставшуюся часть) по большей площади. При этом каждая мелкая частица обладает малой энергией и создает меньший момент. Поэтому кэтчер может быть более тонким, чем монолитный щит. Многослойный щит защищает не только от высокоскоростных частиц км, но и от медленно летящих, которые просто пробивают бампер и останавливаются более толстым кэтчером.

 

Толщина бампера и кэтчера выбирается с учетом самого быстрого, самого крупного и самого высокоэнергичного из ожидаемых атакующих КО, а промежуток между ними должен оптимизировать распределение энергии КО.

 

062712 1859 8 Определение степени угрозы со стороны космического мусора для космических аппаратов. Часть II

Международная космическая станция – настоящая бронированная крепость, которая может устоять под натиском космического мусора диаметром до 25 см

 

Разработано много усовершенствованных вариантов щита Уиппла, снижающих суммарную его массу для защиты КА в конкретной среде и уменьшающих масштабы вторичного осколкообразования при ударе — в том числе и для защиты МКС [Christiansen, 1994; Christiansen, Kerr, 1993; Cour-Palais, Crews, 1990; Lambert, 1994].

 

Системы активной защиты КА включают также средства наблюдения (бортовые или наземные) для предупреждения оператора о грозящем столкновении и механизмы для защиты критических компонент и/или двигатели для выполнения маневра уклонения от столкновения. На сегодняшний день в качестве предупреждающих сенсоров используются наземные средства наблюдения, прежде всего СККП. На основе наблюдений рассчитываются потенциальные сближения КА с каталогизированными КО. В случае превышения вероятности столкновения допустимого уровня риска с помощью маневровых двигателей совершается маневр уклонения. Основы маневров уклонения от столкновения изложены в работе [Foster, Stansbery, 2003] и ряде документов НАСАНациональное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (англ. National Aeronautics and Space Administration) — агентство, принадлежащее федеральному правительству США, подчиняющееся непосредственно вице-президенту США и финансируемое на 100 % из государственного бюджета, ответственное за гражданскую космическую программу страны. Все изображения и видеоматериалы, получаемые НАСА и подразделениями, в том числе с помощью многочисленных телескопов и интерферометров, публикуются как общественное достояние и могут свободно копироваться..

 

Существуют и другие проекты активной защиты. Например, бортовые сенсоры обнаруживают приближение КО, после чего закрываются шторки над чувствительным компонентом КА или он разворачивается, подставляя приближающемуся объекту более защищенную сторону. Могут также выбрасываться особые щиты навстречу атакующему КО, или использоваться оружие направленной энергии (лазер, плазма и т. п.) для отклонения или разрушения приближающегося объекта [Schall, 1993; Settecerri, Beraun, 1993].

 

Проблема всех схем активной защиты в том, что они требуют упрежденного обнаружения опасности столкновения. Из-за высоких скоростей сближения, зачастую свыше 15 км/с, это упреждение должно быть весьма значительным — за сотни километров до встречи. При этом требуется не только обнаружение, но и устойчивое слежение за КО с целью получения точной координатной информации о нем, которая позволила бы однозначно сказать, будет ли в действительности столкновение. В НАСАНациональное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства (англ. National Aeronautics and Space Administration) — агентство, принадлежащее федеральному правительству США, подчиняющееся непосредственно вице-президенту США и финансируемое на 100 % из государственного бюджета, ответственное за гражданскую космическую программу страны. Все изображения и видеоматериалы, получаемые НАСА и подразделениями, в том числе с помощью многочисленных телескопов и интерферометров, публикуются как общественное достояние и могут свободно копироваться. есть модель SBRAM для предварительной оценки опасности для действующих КА со стороны каких-либо КО через дни, недели и месяцы [Krisko et al., 2005; Matney, 1998, 2000].

 

Казалось бы, естественно разместить все компоненты системы активной защиты (включая сенсоры) на борту защищаемого КА. Но это только на первый взгляд. Требования к системам, способным своевременно обнаружить на достаточном расстоянии и сопровождать среднеразмерный КО, очень высоки и сегодня практически не реализуемы. В частности, бортовой радар должен иметь чрезвычайно высокую мощность, оптика — от десятков до сотен сантиметров в диаметре. Сенсоры должны обладать широким полем зрения для обнаружения набегающих КО со всех ресурсов.

 

В [Orbital., 1995] приводится такой пример и соответствующий расчет. Низкоорбитальный КА массой 1 т оборудован сенсором, способным предупреждать с расстояния 100 км о потенциальном столкновении с точностью, при которой КА мог бы избежать столкновения, сместившись на 25 м в сторону. В заданных условиях на маневр потребуется 5 с. Для этого нужен реактивный двигатель с тягой 2 кН (типичные реактивные двигатели для коррекции орбит имеют тягу 1 кН). Если бы 375-тонной МКС понадобился такой маневр, нужен был бы реактивный двигатель с тягой 750 кН (такой же, как у второй ступени РН «Ариан-4»). К тому же, ускорение в таком маневре превысит допустимые нагрузки на выносные структуры (солнечные панели и т. п.). Снизить эти нагрузки можно за счет увеличения расстояния обнаружения КО, но тогда придется увеличивать мощность сенсора. Тронешь в одном месте — поползет в другом.

 

Наземные средства СККП уже широко используются для предупреждения о сближении с каталогизированными КО действующих КА, в том числе МКС. Имея большое число весьма совершенных средств наблюдения, рассредоточенных практически глобально, они не испытывают дефицита времени на предупреждение. Однако у них есть ограничения на размер обнаруживаемых КО и слежения за ними (минимум 10 см), а также на точность прогнозирования их движения.

 

Наземная система предупреждения о столкновениях должна отвечать трем очевидным требованиям:

• каталог КО системы содержит динамически обновляемую координатную информацию о всех опасных КО, траектории которых пересекают орбиту защищаемого КА;

• система обеспечивает достаточно высокую точность измерительной информации, чтобы уровень ложных тревог был низким и исключал лишние маневры ухода;

• защищаемый КА способен реагировать на предупреждение уходом от столкновения или выполнением других активных мер защиты.

 

Современные системы предупреждения о столкновениях, к сожалению, не отвечают этим требованиям. Существующие каталоги не полные в части объектов размером менее 10…20 см и не включают большинство потенциально опасных КО. Непредсказуемость состояния верхней атмосферы и, как следствие, неточность прогнозирования будущего положения сближающихся объектов делает неизбежным ненужные маневры (из-за требования значительного упреждения выдачи сигнала об опасности). Эта неопределенность также не позволяет точно и своевременно предсказать параметры ожидаемого столкновения для большинства существующих КА и точного расчета установок на маневр. Необходимые характеристики сенсоров для активной защиты КА достигаются сложными и дорогостоящими техническими решениями. Поэтому такую защиту имеет смысл применять только для пилотируемых и очень дорогих КА.

 

Даже при наличии эффективной системы предупреждения многие методы активной защиты могут оказаться физически не реализуемыми. Например, схема встречного обстрела атакующего КО требует большей мощности (десятки киловатт), чем может обеспечить современное оборудование КА. Маневр уклонения при срочном предупреждении может оказаться выполнимым лишь при наличии очень мощного реактивного двигателя и весьма жесткой конструкции КА, чтобы выдержать резкий маневр.

 

Что касается операционной защиты, то она включает избыточность и дублирование оборудования, специальную архитектуру дизайна. Большинство схем операционной защиты направлены не на снижение угрозы удара КМ, а на минимизацию вероятности отказа КА из-за сбоя отдельной его компоненты по любой причине, не обязательно связанной с КМ. Операционно обеспечивается лишь щадящий режим снижения качества функционирования КА при нештатном или некачественном функционировании какой-либо компоненты. Например, термопокрытие проектируется таким образом, чтобы оно сначала обеспечивало более чем достаточный термоконтроль, а его нижние слои плавно снижали свои термозащитные свойства при более жестких чем проектные воздействиях внешней среды. Солнечные панели устанавливаются большей площади, чем нужно для снабжения КА электроэнергией. Электронное оборудование и двигательная техника обычно дублируется в 2…3 раза. Такая операционная избыточность применяется и в многообъектовых космических системах. Например, в американской GPS (и российской ГЛоНАСС) используется больше спутников на орбитах, чем это требуется.


Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».


Найти на unnatural: Определение степени угрозы со стороны космического мусора для космических аппаратов Часть
Автор: admin | 27 Июнь 2012 | 587 просмотров

Новые статьи:

Оставить комментарий:

Все размещенные на сайте материалы без указания первоисточника являются авторскими. Любая перепечатка информации с данного сайта должна сопровождаться ссылкой, ведущей на www.unnatural.ru.
Rambler's Top100