Войти Регистрация

Зайдите в свой аккаунт

Логин
Пароль
Запомнить меня
Вторник, 21 января 2014 22:09

Повреждения космических аппаратов.

Оцените
(2 Голосов)

Возможности и средства оценки повреждений космических аппаратов 

062712 1859 1 Возможности и средства оценки повреждений космических аппаратов

Осмотр и первичный анализ повреждений от ударов КМ возможен непосредственно в космосе силами космонавтов. Так было на МКС, телескопе «Хаббл» и еще раньше на советских орбитальных станциях. Известно много случаев возвращения на Землю экспонированных в космосе поверхностей и самого тщательного их анализа в лабораторных условиях [LDEF., 1993]. Очень много полезной информации о воздействии КМ на космические аппараты дают наземные лабораторные испытания с применением сверхскоростных ударов. В качестве вспомогательного средства используется компьютерное (аналитическое и цифровое) моделирование. 

062712 1859 2 Возможности и средства оценки повреждений космических аппаратов

 Обшивка МКС, обстрелянная космическим мусором 

В наземных лабораториях исследуются: 

  • непосредственные результаты ударов КМ или его имитаций;
  • воздействие ударов КМ на функциональные характеристики КА и его компоненты, их надежность, живучесть;
  • эффективность методов противодействия повреждениям от ударов КМ (защитные покрытия, их материалы, конструкция, компоновка); воспроизведение разрушений КО (КА, РН, крупного КМ) в результате взрывов и столкновений, образование осколков. 

При этом главный метод моделирования — экспериментальный сверхскоростной удар, а его цель — выяснение, как КА или его компоненты смогут перенести столкновение в космосе с КМ, а также уточнение влияния этих факторов на процесс засорения ОКП. Поскольку практически нереально и экономически накладно построить целый КА для последующего разрушения в лаборатории, испытания в основном проводятся на отдельных его компонентах и их сборках (топливные баки, связки проводов, изоляционные материалы, структурные блоки). Подробнее см. [Christiansen, 1990; Christiansen, Ortega, 1990; Orbital..., 1995; Schneider, Stilp, 1993; Whitney, 1993].

 

062712 1859 3 Возможности и средства оценки повреждений космических аппаратов

 Модель микроспутника с солнечными батареями, основная миссия которого – изучение поведения космического мусора 

В рамках сотрудничества японского университета Кюсю и подразделения 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. по проблемам техногенного засорения космоса недавно было проведено семь ударных тестов, где целями служили уже натурные КА — микроспутники размерами от 15x15x15 до 20x20x20 см. Масса этих аппаратов составляла примерно 1,5 кг. Каждая цель была полностью оборудована функциональной электроникой (батареи, приемники, передатчики). В двух последних тестах на спутниках монтировались солнечные панели и многослойное защитное покрытие корпуса. Все цели были обстреляны снарядами различных размеров и при разных скоростях ударов. Образовавшиеся фрагменты размером до 2 мм были собраны, изучены и каталогизированы. Результаты тестов использованы для улучшения модели разрушений 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. [Hanada, Liou, 2009; Murakami et al., 2009]. 

Многие аналитические теории предсказания повреждений от ударов км основаны, с целью упрощения вывода математических зависимостей, на предположении сферичности формы КМ. Однако реальный КМ характеризуется большим разнообразием форм. Удар несферического тела может причинить значительно большее повреждение во многих ситуациях. Например, глубина проникновения и объем кратера от удара в толстую плоскую мишень сильно зависят от длины снаряда вдоль его оси полета в момент удара [Gehring, 1970]. Плоские снаряды в виде пластинок приводят к большим повреждениям, чем сферические той же массы и при такой же скорости [Boslough et al., 1993]. 

Экономически нереально испытывать все компоненты при всех возможных условиях ударов КМ. Поэтому критические элементы подвергают испытаниям в номинальных условиях, а затем обращаются к компьютерному моделированию с целью распространения полученных результатов на космический аппарат в целом. 

Компьютерное моделирование служит связывающим звеном между результатами обследования поверхностей, реально подвергшихся воздействию КМ в космосе, и предположениями ученых, проверяя и калибруя последние. Модели также позволяют экстраполировать данные, полученные в лаборатории в ограниченном диапазоне, на широкий спектр условий, которые невозможно воспроизвести в лаборатории. 

При проверке надежности броневых покрытий также прибегают к сочетанию натурных экспериментов и компьютерного моделирования. Сочетание сверхскоростных тестов и компьютерного моделирования представляется довольно мощным инструментом оценки выживаемости КА и КС при ударах км. 

Ударные испытания применяются и для исследования механизма образования осколков разрушения при сверхскоростном столкновении в космосе. Знать это очень важно для прогнозирования эволюции популяции КМ. Однако такие эксперименты очень дороги и их проведено немного. Конечно, полученные результаты можно экстраполировать с помощью компьютерных моделей, но со значительной степенью неопределенности ввиду ограниченности имеющихся данных. 

Существует множество экспериментальных средств для моделирования и изучения ударов КМ, с помощью которых можно воспроизвести испытания с довольно крупными снарядами, разгоняемыми до больших скоростей. Однако есть определенные границы возможностей в этом направлении. Все разнообразие форм, размеров и состава КМ пока не может быть испытано во всех диапазонах скоростей. Имеются трудности с разгоном крупных снарядов до типичных скоростей столкновений в низкоорбитальной области ОКП. Эти ограничения затрудняют проектирование защитных покрытий, адекватных действительной космической среде, снижают точность предсказания ущерба от столкновения со сред-неразмерными КО, добавляют неопределенность в прогнозирование будущей популяции засоренности ОКП.

При испытании броневых покрытий КА в лабораторных условиях обычно используются ударные частицы размером от 1 мм до 1 см и массой до нескольких грамм, но вполне возможно провести тест и с более крупными снарядами, разгоняемыми до типичных скоростей столкновений на высоких орбитах. 

Стандартная лабораторная двухступенчатая газовая пушка на легком газе может разгонять объекты размером до 50 мм до скоростей около 8 км/с. Некоторые пушки ускоряют, правда более мелкие объекты, до 10 км/с и выше. Стандартный снаряд — сфера, но возможны и другие формы — тонкие пластинки, длинные стержни, цилиндры [Piekutovski, 1986]. 

Поскольку легкогазовая пушка не может разгонять снаряд до скоростей, типичных для столкновения НОКО (10…15 км/с), были созданы ультрасверхскоростные пушки с расширенным диапазоном скоростей специально для изучения воздействия КМ на КА, способные доводить скорость небольших титановых пластинок до 15,8 км/с [Chhabilidas et al., 1992]. 

В России существуют также крупные камеры, в которых можно квазинатурно моделировать экспериментальные орбитальные взрывы и столкновения в контролируемой среде [Fortov, 1993]. 

Конструкторы защитных покрытий в работе используют (как вспомогательный инструмент исследований) аналитические методы, включающие уравнения «баллистического предела» [Herrman, Wilbeck, 1986; Reimerdes et al., 1993; Ryan, Christiansen, 2010]. С их помощью рассчитываются размеры частицы, останавливаемой данным конкретным щитом в функции скорости удара, его угла, плотности атакующей частицы и уравнения размеров щита [Christiansen, 1992]. Есть и аналитические модели для предсказания повреждений от ударов и их последствий, но они несколько сложнее. 

К сожалению, не хватает моделей стандартизированных оценок рисков для определения вероятностей выхода из строя компонент КА вследствие удара км и стандартизированных моделей ухудшения рабочих характеристик компонент КА. Из-за этого последствия ударов КМ для КА и его выживаемость приходится оценивать косвенно, прибегая к рискованной экстраполяции [Orbital___, 1995]. 

Следует иметь в виду, что диапазон возможностей разгона частиц нужной массы и формы при моделировании ударов КМ пока ограничен. Эти ограничения затрудняют проектирование броневого покрытия КА, адекватного действительной космической среде, снижают точность прогнозирования ущерба, добавляют неопределенность в предсказание будущей популяции КМ. 

062712 1859 4 Возможности и средства оценки повреждений космических аппаратов

Исследовательская орбитальная лаборатория LDEF 

Другим слабым звеном в конструкции щитов от КМ часто бывает предположение, что крупный км состоит из алюминия, а мелкий из окиси алюминия. В реальности некоторые КО состоят из материалов более высокой плотности. При обследовании поверхности КА LDEF, как уже говорилось выше, обнаружены следы ударов частиц из нержавеющей стали, серебра, меди [Horz, Bernhard, 1992]. Щит, готовый выдержать удары алюминиевого КМ, может оказаться неспособным противостоять ударам более плотных тел.

 Конечно, нереально испытывать щиты и другие компоненты КА на удары км всех возможных размеров, масс, форм, составов во всех диапазонах космических скоростей. Здесь нужно обращаться за помощью к компьютерным моделям, откалиброванным по достаточному объему экспериментальных данных, для экстраполяции на недостающие условия испытаний. 

( по материалам http://unnatural.ru/ )


Поделитесь ссылкой

Просмотров 4093
Еще из этой категории « Точки Лагранжа. Перспективы их использования в космической деятельности. Парадокс близнецов и многое другое...(часть 1) »
Добавить комментарий
Обновить

Группа Вконтакте

Сайт Руслана Стрельцова

Сайт создал Дмитрий Новоселецкий


Яндекс.Метрика

12-04-2016 Hits:1645 Космонавты Дмитрий Стрельцов

День космонавтики и курьёзы

Сегодня в России отмечается День космонавтики. 12 апреля 1961 года Советский Союз вывел на орбиту Земли космический корабль-спутник «Восток» с...

Подробнее

01-04-2016 Hits:349 Юпитер Дмитрий Стрельцов

По следам падения. Юпитер.

Дорогой читатель! Буквально на днях астрономами любителями было зафиксировано падение объекта на Юпитер. Это третье "громкое" падение на гигант. Первое...

Подробнее

26-03-2016 Hits:510 Марс Дмитрий Стрельцов

Обзор фотографий, марсианские сумерки.

Обзор фотографий, марсианские сумерки.Друзья, предлагаю вашему вниманию несколько панорам марсианских сумерек. Для начала нужно вспомнить что такое сумерки и какова...

Подробнее

05-03-2016 Hits:1593 Космические аппараты Дмитрий Стрельцов

Путей много, цель одна: Космос.

Путей много, цель одна: Космос.   Вам не нужна ракета, чтобы покинуть Землю. Есть более мягкий и нежный способ путешествия — и коктейль...

Подробнее

04-03-2016 Hits:1101 Венера Дмитрий Стрельцов

Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где ис…

Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где искали Доктор физико-математических наук Леонид Ксанфомалити, Институт космических исследований РАН. Анализ поведения обнаруженных...

Подробнее

04-03-2016 Hits:484 Венера Дмитрий Стрельцов

Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где ис…

Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где искали Доктор физико-математических наук Леонид Ксанфомалити, Институт космических исследований РАН. Следуя некоторым видам поиска...

Подробнее

21-02-2016 Hits:560 Изучение космоса Дмитрий Стрельцов

Конец Солнца и Самость Космоса Часть 2

Конец Солнца и Самость Космоса Часть 2   6. Картина катастрофы Органическое человечество будет ощущать свою смерть как космическую катастрофу. Катастрофа здесь...

Подробнее

21-02-2016 Hits:664 Изучение космоса Дмитрий Стрельцов

Конец Солнца и Самость Космоса Часть 1

Константин Елькин   Конец СолнцаиСамость Космоса Часть перваяКонец Солнцаиего системы По материалам Свободной энциклопедии – Википедия.   “…даже небольшое изменение в температуре нашего Солнца должно было...

Подробнее

21-02-2016 Hits:300 Изучение космоса Дмитрий Стрельцов

Магнетизм космоса: Магнитные поля

Магнетизм космоса: Магнитные поля Обычно магнитные поля ассоциируют с планетами и звездами. Но и у галактик такие поля тоже имеются Алексей Левин 18 октября 2010 21203 Магнитные поля изрядно...

Подробнее

21-02-2016 Hits:310 Простая наука Дмитрий Стрельцов

Астрофотография вчера, сегодня, завтра.

Астрофотография «Черно-белая эпоха» Все нижеприведенные фотографии отпечатаны с негативов на увеличителе «Беларусь-912». Отпечатки отсканированы.К сожалению, качество сканера оставляет желать лучшего. Многие отпечатки...

Подробнее

21-02-2016 Hits:373 Простая наука Дмитрий Стрельцов

Астрофотография в каждый дом

Астрофотография в каждый дом   Думаю у любого человека, интересующегося космосом — возникала идея купить телескоп, чтобы лично все посмотреть. ...

Подробнее

21-02-2016 Hits:228 Простая наука Дмитрий Стрельцов

Искусство астрофотографии

  ТАЛ-3: ПЕРВЫЙ ЭТАП МОДЕРНИЗАЦИИ   Весной 2000г. мне довелось приобрести телескоп ТАЛ-3 новосибирского производства. К сожалению, этот 200-мм инструмент системы Максутова-Кассегрена в...

Подробнее

21-02-2016 Hits:262 Черные дыры Дмитрий Стрельцов

Космические надсмотрщики средней весовой…

  Космические надсмотрщики средней весовой категории. Изучение черных дыр среднего размера, массой чуть меньше миллиона солнечных масс, возможно, даст ключ к пониманию...

Подробнее

29-01-2016 Hits:397 Вселенная и жизнь Дмитрий Стрельцов

Не первая Вселенная? Циклическая теория.

  ЦИКЛИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ     ТЕОРИЯ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА ПОЛЬЗУЕТСЯ ДОВЕРИЕМ АБСОЛЮТНОГО БОЛЬШИНСТВА УЧЕНЫХ, изучающих раннюю историю нашей Вселенной. Она и в самом деле объясняет...

Подробнее

29-01-2016 Hits:602 Основы астрономии Дмитрий Стрельцов

ИСТОРИЯ ТЕЛЕСКОПОВ

ИСТОРИЯ ТЕЛЕСКОПОВ     Ровно 400 лет назад Галилео Галилей, разработавший особый способ шлифовки линз специально для астрономических наблюдений, создал первый телескоп. В...

Подробнее

29-01-2016 Hits:566 Изучение космоса Дмитрий Стрельцов

Секунды пробуждения.

НОВОРОЖДЕННАЯ ВСЕЛЕННАЯ     БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ МАТЕРИИ ВО ВСЕЛЕННОЙ НАХОДИТСЯ В "ЧЕТВЕРТОМ СОСТОЯНИИ ВЕЩЕСТВА". НО ТАК БЫЛО НЕ ВСЕГДА.     Основное прибежище плазмы на...

Подробнее

27-01-2016 Hits:647 Галактики Дмитрий Стрельцов

Спринтеры космоса. САМЫЕ БЫСТРЫЕ В ГАЛАК…

САМЫЕ БЫСТРЫЕ В ГАЛАКТИКЕ     Мы пока не можем полететь даже к ближайшим звездам. Что уж говорить о более далеких путешествиях. Вряд...

Подробнее

27-01-2016 Hits:510 Галактики Дмитрий Стрельцов

Космический огород. Галактики.

ГАЛАКТИКИ     ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ПЛАНЕТ И ЗВЕЗД ИЗМЕРЯЕТСЯ ТЫСЯЧЕЛЕТИЯМИ, СОЛНЦА, КОМЕТ, АСТЕРОИДОВ И МЕТЕОРИТОВ - СТОЛЕТИЯМИ. А ВОТ ГАЛАКТИКИ, РАЗБРОСАННЫЕ ПО ВСЕЛЕННОЙ...

Подробнее

27-01-2016 Hits:438 Изучение космоса Дмитрий Стрельцов

Гипотеза Инфляции

ИНФЛЯЦИЯ     ОДИН ИЗ ФРАГМЕНТОВ ПЕРВОЙ МИКРОСЕКУНДЫ ЖИЗНИ ВСЕЛЕННОЙ СЫГРАЛ ОГРОМНУЮ РОЛЬ В ЕЕ ДАЛЬНЕЙШЕЙ ЭВОЛЮЦИИ     Концептуальный прорыв стал возможным благодаря очень...

Подробнее

27-01-2016 Hits:354 Изучение космоса Дмитрий Стрельцов

ТАМ НА НЕВЕДОМЫХ ДОРОЖКАХ. ГОРИЗОНТ ВСЕЛ…

ГОРИЗОНТ ВСЕЛЕННОЙ     В СЛОВАРЕ, ИЗДАННОМ В 1910 ГОДУ, ГОРИЗОНТ ОПРЕДЕЛЯЛСЯ КАК «ОКРУЖНОСТЬ КРУГА... ДАЛЬШЕ КОТОРОГО НИЧЕГО НЕ ВИДНО». НО ЗА ПРОШЕДШИЙ...

Подробнее

27-01-2016 Hits:308 Вселенная и жизнь Дмитрий Стрельцов

Изотропи́я

Дорогие друзья! В следствии всё более участившихся предположений и упоминаний в Космологии о анизотропности Вселенной, редакция сайта решила познакомить читателей...

Подробнее

27-01-2016 Hits:327 Вселенная и жизнь Дмитрий Стрельцов

Анизотропи́я.

Дорогие друзья! В следствии всё более участившихся предположений и упоминаний в Космологии о анизотропности Вселенной, редакция сайта решила познакомить читателей...

Подробнее

25-01-2016 Hits:386 Основы астрономии Дмитрий Стрельцов

Украинский коллега делится. Астрофотогра…

Все о ночной фотографии и фотосъемке звездного неба. Часть II  Вторая часть статьи Антона Янкового “Все о ночной фотографии и фотосъемке...

Подробнее

25-01-2016 Hits:448 Основы астрономии Дмитрий Стрельцов

Украинский коллега делится. Астрофотогра…

Все о ночной фотографии и фотосъемке звездного неба. Часть I   В современных русскоязычных журналах и книгах по фотографии можно найти тысячи...

Подробнее

25-01-2016 Hits:751 Основы астрономии Дмитрий Стрельцов

Космические струны. Лира.

                              Маленькое, но симпатичное созвездие, лежащее между Геркулесом и Лебедем. Занимает на небе площадь в 286.5 квадратного градуса и содержит 75...

Подробнее